فیزیک بدون فرمول

فيزيك يك جريان است ، يك راه ، براي فهميدن حقايق جهان...

چرا رنگین کمان به صورت « کمان » دیده می شود ؟

 

اولین کسی که به طور جدی در باره این مسئله مطالعه کرد رنه دکارت بود . قبل از دکارت کسانی مانند قطب الدین شیرازی یا تیودوریک در این باره تحقیق کرده بودند . دکارت با توجه به قوانین شکست همزمان ولی به طور جداگانه از اسنل ( بنیان گذار اصلی قوانین شکست و بازتاب به شرح رنگین کمان پرداخت و در سال 1637 نتایج خود را منتشر کرد
.

توجه کنیــد کـه قطـره هـای آب در حـال سـقوط کروی شکل اند ، پس به سراغ نحوه برهــم کنـش یـک پرتـو نـور سـفید ، بـا یـک کـره شـفاف مـیرویـم . اگر کمـی بـــا چگونگی شکل گیری رنگین کمان آشنا باشید می دانیــد کـه رنگین کمان اصلی را مجموعه پرتوهایی که در مرز قطرهوا، دوبار شکسته و یک بــاربـاز تـابیده انـد، مـی سـازند و چـون ضریب شکست آب برای رنگهای مختلف متفاوت است،
نور سفید در ضمن این شکســت هـا بـه اجـزای رنـگیاش تجزیـه میشود، اما نور خورشیدپیوسته است و در تمــام نقـاط رو بـه نور قطره با آن برخورد می کند که شرایط
بازتاب و شکســت در هر یک از این نقاط ، متفاوت است.



مثلا پرتو نوری که راستای آن از مرکز قطره می گذرد، بدون شکست وارد آن شده و در سوی دیگر باز تابیده مــی شـود و روی همان مسیر ورودی بــه بـیرون بـر مـی گردد. بـه عبـارت دیگر پرتو به وسیله قطره 180 درجه تغییر جهت می دهــد، در مقابل اگر پرتو نور مماس بر قطره به آن بتابد، می توانید ببینید که هنگام ورود به بیشـترین مـیزان ممکـن مـی شـکند وپرتـو خروجی با پرتو خروجــی بـا پرتـو ورودی زاویـه حـدود 165 درجه می سازد،بررسی بیشتر نشان می دهد که در بین این دو وضعیت حدی ، زاویه انحـراف زاویـه بیـن پرتـو خروجـی و ورودی از 180 درجه کاهش می یابد بــه مقـدار کمینـه 138 درجه میرسد و سپس دوباره تا 165 درجه بالا مــی رود، امـا چون در اطراف مقدار کمینه،تغیـیر زاویـه کـم اسـت، بخـش بزرگی از نور فـرودی ، در حـول و حـوش ایـن زاویـه138 درجه از قطره خارج می شود. به عبــارت دیـگر، شـدت نـور خروجی در تمام زوایا یکسان نیست و بیشتر نـور رنگینـی کـه از قطره یرون می رود، با جهت تابش خورشید، زاویه حــدود 138 درجه یا معادل آن 42درجه می سازد. البته ایــن زاویـه، بستگی به رنگ پرتودارد و بین 40 تا 42 درجه برای رنگهای قرمز تا بنفش متفاوت است. بنابراین می توانت صور کـرد کـه تنها در زوایای حــدود 42 درجـه ، پرتوهـای رنـگی بـه طـور مؤثر ازقطره خارج می شوند.



حالا تصور شکل رنگین کمــان، کـار سـاده ای اسـت، فـرضکنید در بعد از ظــهر ، خورشـید در حـال تـابش و فضـا پـر از قطره های کروی آب است و شما هم پشت به خورشــید و رو به شرق ایستاده اید، در این وضعیت نور رنــگی کـه بـه چشـم شما می رسد، مجموعه نورهای خـارج شـده از تمـام قطراتـی است که خط واصل چشم شما و آنها با راستای نور خورشید، زاویه بین 40 و 42 درجه می سازد.



مکان هندسی این قطره ها مخروطی بــه رأس چشـم شماسـت که نیم زاویه رأس آن حدود 42 درجه است. چیزی که شما از رأس این مخروطی می بینید مقطع آن است، یعنی یک نوار دایره ای به پهنای زاویه ای بین 40 و42 درجه که رنگهای قرمز تا بنفش را در خــود جـای داده اسـت، البتـه سطح افق، این دایره را قطع می کند و چون قطـرات آب تنـهادر هـوا حضـور دارنـد، شـما تنـها کمـانی از یـــک دایــره را میبینید. این کمان،
وقتی پرتو خورشید موازی با افـق اسـت، یعنی هنگام غروب به بیشینه خــود مــی رسـد
و بـه نیـم دایـره تبدیل می شود. البته در آســمان و مثـلا از درون هـواپیمـا در
شرایط مساعد می تـوان رنگیـن کمـان دایـره ای را هـم دیـد

  
نویسنده : مهدی علی خاصی ; ساعت ٩:٤۱ ‎ب.ظ روز ۱۳٩۱/٦/٢۱