رنگین کمان ...
رنگین کمان چیست؟
رنگین کمان، همان گونه که از نامش پیداست، کمانی متشکل از چند رنگ است. اگر هنگام بارش باران،
خورشید در آسمان ظاهر شود، رنگین کمان به وجود میآید. نور خورشید، که ما آن را معمولا سفید میبینیم،
ترکیبی از هفت رنگ مختلف است. این هفت رنگ عبارتاند از: بنفش، نیلی، آبی، سبز، زرد، نارنجی و قرمز.
به این ترتیب اگر نور خورشید تجزیه شود، نواری متشکل از هفت رنگ پدیدار میشود که به آن«طیف» میگویند.
رنگین کمان معمولا بعد از بارش باران، یعنی زمانی که هوا پر از قطرات ریز آب است، ظاهر میشود. در واقع هر
کدام از این قطرات مانند یک منشور کوچک عمل میکنند. نور خورشید پس از عبور از میان قطرات باران
میشکند و به هفت رنگ تشکیل دهنده خود تجزیه میشود. هر جزء تشکیل دهنده نور خورشید با زاویه
شکست مخصوص به خود میشکند؛ به همین دلیل ما آنها را به هفت رنگ مختلف میبینیم.
معمولا یک رنگین کمان کامل دو کمان اصلی و ثانویه دارد. کمان اصلی پررنگتر و درخشانتر از کمان ثانویه است.
در رنگین کمان اصلی ترتیب قرار گرفتن رنگها از بالا به پایین عبارت است از: قرمز، نارنجی، زرد، سبز، آبی،
نیلی و بنفش.
ترتیب قرار گرفتن رنگها در کمان ثانویه عکس کمان اصلی است؛ یعنی بنفش بالاترین و قرمز پایینترین رنگ
است. کمان ثانویه بالای کمان اصلی شکل میگیرد. در واقع این کمان در اثر شکسته شدن مجدّد پرتوهای نور به وجود میآید.
چرا رنگين کمان به صورت « کمان » ديده مي شود ؟
،اولين کسي که به طور جدي در باره اين مسئله مطالعه کرد رنه دکارت بود . قبل از دکارت کساني مانند قطب
الدين شيرازي يا تيودوريک در اين باره تحقيق کرده بودند . دکارت با توجه به قوانين شکست همزمان ولي به طور
جداگانه از اسنل ( بنيان گذار اصلي قوانين شکست و بازتاب ) به شرح رنگين کمان پرداخت و در سال 1637 نتايج خود را منتشر کرد .
اول از همه توجه کنيــد کـه قطـره هـاي آب در حـال سـقوط کروي شکل اند ، پس به سراغ نحوه برهــم کنـش يـک
پرتـو نـور سـفيد ، بـا يـک کـره شـفاف مـي رويـم . اگر کمـي بـــا چگونگي شکل گيري رنگين کمان آشنا باشيد
مي دانيــد کـه رنگين کمان اصلي را مجموعه پرتوهايي که در مرز قطرهوا، دوبار شکسته و يک بــار بـاز تـابيده انـد،
مـي سـازند و چـون ضريب شکست آب براي رنگهاي مختلف متفاوت است، نور سفيد در ضمن اين شکســت هـا
بـه اجـزاي رنـگياش تجزيـه ميشود، اما نور خورشيد پيوسته است و در تمــام نقـاط رو بـه نور قطره با آن برخورد مي
کند که شرايط بازتاب و شکســت در هر يک از اين نقاط ، متفاوت است.
مثلا پرتو نوري که راستاي آن از مرکز قطره مي گذرد، بدون شکست وارد آن شده و در سوي ديگر باز تابيده مــي
شـود و روي همان مسير ورودي بــه بـيرون بـر مـي گردد. بـه عبـارت ديگر پرتو به وسيله قطره 180 درجه تغيير
جهت مي دهــد، در مقابل اگر پرتو نور مماس بر قطره به آن بتابد، مي توانيد ببينيد که هنگام ورود به بيشـترين
مـيزان ممکـن مـي شـکند و پرتـو خروجي با پرتو خروجــي بـا پرتـو ورودي زاويـه حـدود 165 درجه مي سازد،
بررسي بيشتر نشان مي دهد که در بين اين دو وضعيت حدي ، زاويه انحـراف زاويـه بيـن پرتـو خروجـي و ورودي از
180 درجه کاهش مي يابد بــه مقـدار کمينـه 138 درجه مي رسد و سپس دوباره تا 165 درجه بالا مــي رود،
امـا چون در اطراف مقدار کمينه، تغيـير زاويـه کـم اسـت، بخـش بزرگي از نور فـرودي ، در حـول و حـوش ايـن زاويـه
138 درجه از قطره خارج مي شود. به عبــارت ديـگر ، شـدت نـور خروجي در تمام زوايا يکسان نيست و بيشتر نـور
رنگينـي کـه از قطره بيرون مي رود، با جهت تابش خورشيد، زاويه حــدود 138 درجه يا معادل آن 42 درجه مي
سازد. البته ايــن زاويـه، بستگي به رنگ پرتو دارد و بين 40 تا 42 درجه براي رنگهاي قرمز تا بنفش متفاوت است.
بنابراين مي توان تصور کـرد کـه تنها در زواياي حــدود 42 درجـه ، پرتوهـاي رنـگي بـه طـور مؤثر از قطره خارج مي شوند.
حالا تصور شکل رنگين کمــان، کـار سـاده اي اسـت، فـرض کنيد در بعد از ظــهر ، خورشـيد در حـال تـابش و فضـا
پـر از قطره هاي کروي آب است و شما هم پشت به خورشــيد و رو به شرق ايستاده ايد، در اين وضعيت نور
رنــگي کـه بـه چشـم شما مي رسد، مجموعه نورهاي خـارج شـده از تمـام قطراتـي است که خط واصل چشم
شما و آنها با راستاي نور خورشيد، زاويه بين 40 و 42 درجه مي سازد.
مکان هندسي اين قطره ها مخروطي بــه رأس چشـم شماسـت که نيم زاويه رأس آن حدود 42 درجه است
. چيزي که شما از رأس اين مخروطي مي بينيد مقطع آن است، يعني يک نوار دايره اي به پهناي زاويه اي بين 40
و 42 درجه که رنگهاي قرمز تا بنفش را در خــود جـاي داده اسـت، البتـه
سطح افق، اين دايره را قطع مي کند و چون قطـرات آب تنـها در هـوا حضـور دارنـد، شـما تنـها کمـاني از يـــک
دايــره را ميبينيد. اين کمان، وقتي پرتو خورشيد موازي با افـق اسـت، يعني هنگام غروب به بيشينه خــود مــي
رسـد و بـه نيـم دايـره تبديل مي شود. البته در آســمان و مثـلا از درون هـواپيمـا در شرايط مساعد مي تـوان
رنگيـن کمـان دايـره اي را هـم ديـد.
آنطرف رنگين کمان کجاست؟
وقتي در طول بارندگي فقط يک رنگين کمان مي بينيم در واقع چند رنگين کمان وجود دارد؟ پاسخ اين سؤال آنطور
که فکر مي کنيد ساده نيست! وقتي نور وارد يک قطره آب مي شود، در داخل قطره بازتاب کرده، و آنچه به چشم
ما باز مي تابد رنگين کمان را تشکيل مي دهد. هر قطره باران، نوري را که واردش مي شود در تمام جهات ممکن
بازتابانده و مي شکند. اولين بار که نور با قطره برخورد مي کند، يک پرتو کسري از آن نور بازتاب مي کند و و بقية
آن در طول قطره حرکت مي کنند تا به پشت قطره از سمت داخل برخورد کنند. دوباره، مقداري از نور شکت خورده
و مقداري بازتاب مي کند. در هر برخورد با سطح سطح داخلي قطره، مقداري از نور باز مي تابد و در قطره مي
ماند، و باقيماندة آن خارج مي شود. بنابراين پرتو هاي نور مي توانند بعد از يک، دو، سه بازتاب داخلي يا بيشتر از قطره خارج شوند.
وقتي شما دو رنگين کمان مي بينيد، اولين يا اصلي ترين کمان در زاوية 42 درجه، با نور قرمز در بيرون و نور بنفش
در داخل به طور واضح ديده مي شود. کماان دوم هميشه کم رنگ تر بوده و بواسطة بازتاب دوم با رنگهاي معکوس
(بنفش در بيرون و قرمز در درون) در زاوية 51 تشکيل مي شود. اسحاق نيوتن يک معادله رياضي بر حسب اندازه
زاوية رنگين کمانها بعد از بازتاب N اُمِ داخل قطره بدست آورد. او معتقد بود که در بازتاب سوم نور کافي وجود ندارد
که در واقع شخص آنرا ببيند، از اينرو هرگز مسئله را براي 3=N حل نکرد. ادموند هالي، بعد از نامگذاري ستارة
دنباله دار هالي، محاسبات را بر دوش گرفت و کشف کرد که سومين رنگين کمان در زاوية 40 درجه و 20 ثانيه
تشکيل مي شود، و شگفت زده شد. اين رنگين کمان نبايستي در مقابل خورشيد تشکيل شود بلکه دور تا دور
خورشيد تشکيل مي شود! دو هزار سال بود که بشر به اشتباه در طرف ديگر آسمان در جستجوي اين کمان بود.