شکل نیم دایره رنگین کمان چه دلیلی دارد؟

 

رنگین کمان‌ها بسیار پدیده‌های زیبایی هستند. آن بالا در آسمان، قوسی از هفت رنگ را می‌بینید که هر طیف رنگ آن از رنگ بعدی زیباتر و خیره کننده‌تر است. رنگین کمان‌ها بسیار نادر هستند، زیرا لازمه تشکیل آن‌ها یک روز آفتابی و بارانی است.

 

اغلب تعجب این بود که چرا رنگین کمان‌ها بیش از آن که در یک خط مستقیم یا حتی یک مربع باشند، همیشه منحنی هستند، اما برای درک درست این پدیده طبیعی باید بدانیم چرا رنگین کمان شکل گرفته است.

 

 

رنگین کمان برای تشکیل، به دو چیز نیاز دارد: قطرات آب و نور خورشید.

 

در شرایط مناسب، هر قطره آب مانند منشور عمل می‌کند و این به آن معنا است که وقتی پرتویی از نور خورشید به قطره برخورد کند، دو حادثه ممکن است که رخ دهند: نور به‌راحتی عبور می‌کند یا به شکل کمان در می‌آید. همچنین از سطح پرش می‌کند و سپس هنگامی که بیرون می‌آید، دوباره شکل کمان به خود می‌گیرد و نور سفید را به هفت طیف رنگ مشهود که رنگین کمان را تشکیل می‌دهند، بازتاب می‌کند.

 

 

رنگین کمان به شکل نیم دایره یا هلال نیست و دقیقا همان شکلی است که می‌بینیم. رنگین کمان یک دایره است، اما نمی‌توانیم شکل کامل آن را ببینیم، زیرا افق، نیمه پایین آن را قطع می‌کند. با این حال، اگر بدون هیچ دردسری در اوج پرواز می‌کردید، در این صورت می‌توانستید رنگین کمان را به شکل کامل ببینید.

 

ظاهر رنگین کمان به مکان ایستادن شما بستگی دارد. اگر حرکت کنید، رنگین کمان نیز حرکت می‌کند. از نظر تک تک افراد، نوع دید متفاوت خواهد بود.

 

برای این که شما رنگین کمان را به درستی مشاهده کنید، باید پشت به خورشید بایستید و همین طور حضور خورشید باید در آسمان کم باشد. اگر نور خورشید خیلی زیاد باشد، دیگر چیزی نمی‌بینید.

 

زاویه بین پرتو‌های خورشید و راستای پرتو‌هایی که به چشم ما می‌رسد، با توجه به ضریب شکست قطره آب برای رنگ‌های مختلف از ۴۰ تا ۴۲ درجه بوده که همین زاویه علت انحنای رنگین کمان است.

 

 

برای پاسخ دادن به این سؤال، باید با دو مفهوم مهم فیزیکی آشنا شویم:

 

شکست نور که مسئول رنگ‌های رنگین کمان است.

 

بازتاب نور که باعث قوسی شدن رنگین کمان می‌شود.

 

 

در روز‌های روشن و آفتابی همه ما گمان می‌کنیم نور خورشید یک رنگ دارد و آن سفید است، اما نور خورشید ترکیبی از رنگ‌های مختلف بوده که ترکیب آن‌ها نور سفید را تشکیل داده است.

 

از جمله رنگ‌های نور خورشید می‌توان به قرمز، نارنجی، زرد، سبز، آبی، بنفش، نیلی اشاره کرد. نور یک موج است و امواج نوری در اندازه‌های مختلف حرکت می‌کنند که به آن‌ها طول موج می‌گویند.

 

هر رنگ نور خورشید، یک طول موج متفاوت دارد، مثلا طول موج نور بنفش بسیار کوتاه‌تر از طول موج نور قرمز است.

 

نکته بعدی این است که وقتی نور با یک زاویه به آب برخورد می‌کند، پس از عبور، جهت آن ـ زاویه حرکت آن ـ تغییر می‌کند که به این پدیده، شکست نور می‌گویند.

 

مقدار این شکست یا زاویه شکست، به رنگ نور بستگی دارد. هر چه طول موج کوتاه‌تر باشد، نور بیشتر تغییر جهت می‌دهد؛ یعنی نور بنفش، بیشتر از نور سبز می‌شکند و نور زرد بیشتر از نور قرمز.

 

شکست نور خورشید در زوایای مختلف باعث می‌شود که رنگ‌های آن از هم جدا شوند. علت رنگ‌های رنگین کمان نیز شکست نور بعد از برخورد به قطرات باران موجود در آسمان است.

 

 

وقتی نور خورشید به قطرات باران برخورد می‌کند، مقداری از این نور از قطره منعکس می‌شود و به سمت شما برمی‌گردد که به آن بازتاب نور می‌گویند. بنابراین، وقتی یک رنگین کمان در آسمان می‌بینید، نوری را می‌بینید که به قطرات باران برخورد کرده و به چشم شما بازگشته است.

 

 

برای پاسخ به این سؤال، ریاضیات وارد عمل می‌شود: نور خورشید پس از برخورد به هر قطره باران در زاویه مشخصی که بین ۴۰ تا ۴۲ درجه است ـ بسته به طول موج نور رنگی ـ بازتاب می‌شود و ما تنها نور‌هایی را می‌بینیم که پس از بازتاب در مسیر آن‌ها قرار گرفته‌ایم؛ بنابراین، ترکیب شکست و بازتاب نور، باعث تشکیل یک رنگین کمان زیبا در آسمان می‌شود. برای درک بهتر، به تصاویر زیر دقت کنید:

 

 

 

 

 

 

 

۱. برای دیدن رنگین کمان، باید خورشید پشت سر ما و قطرات باران در مقابل ما قرار داشته باشند.

 

۲. رنگین کمان از تابش نور خورشید به تعداد زیادی قطره باران تشکیل می‌شود. رنگین کمان یک تصویر دو بعدی مسطح روی گنبد آسمان نیست، بلکه بیشتر شبیه یک موزائیک است که از تعداد زیادی ذره‌های جدا از هم تشکیل شده و تصویر سه بعدی است.

 

۳. رنگین کمان یک حلقه کامل است، اما نمی‌توانیم این حلقه کامل را از روی زمین مشاهده کنیم. زمانی که از زمین به آسمان نگاه می‌کنیم، رنگین کمان در جایی که قطرات باران به زمین برخورد می‌کنند، قطع می‌شود و ما تنها بخشی از قوس رنگین کمان را می‌بینیم. در حالی که اگر خوش شانس باشیم و بتوانیم رنگین کمان را از آسمان ببینیم، آن را به شکل یک دایره کامل خواهیم دید.

 

در انتها به چند سؤال متداول درباره رنگین کمان پرداخته می‌شود:

 

 

نور خورشید، سفید است که ترکیبی از همه‌ رنگ‌های قرمز، نارنجی، زرد، سبز، آبی، نیلی و بنفش است. یعنی همه‌ این رنگ‌ها را درون خود دارد.

 

با شکست نور خورشید، رنگ‌های آن تجزیه می‌شوند و به همین دلیل، آن را رنگارنگ می‌بینیم.

 

 

رنگین کمان، نوری بوده که از دور قابل مشاهده است و حتی اگر به آن نزدیک شویم، دیگر آن را نخواهیم دید، زیرا رنگین کمان حاصل شکست نور به‌وسیله هزاران قطره‌ باران است و از ترکیب این شکست‌ها این نور حاصل می‌شود. به همین دلیل، فقط از دور برای چشم ما قابل درک است.

 

 

خیر، رنگین کمان یک نور است و از جایی آغاز نمی‌شود. شما هرگز نمی‌توانید به محل آغاز آن بروید.

 

 

برای این کار، کافی است در یک روز آفتابی، پشت به آفتاب بایستید و با شلنگ آب به صورت قطرات بسیار ریز آب بپاشید. اگر خودتان در سایه باشید، رنگین کمان را بهتر خواهید دید.

 

همچنین می‌توانید برای تولید رنگین کمان، روی دیوار یک آیینه را درون یک ظرف آب و آن را در مسیر نور آفتاب قرار دهید. سعی کنید که نور را به دیواری در سایه بتابانید. با این کار، شما نور را تجزیه کرده‌اید.