رنگین‌کمان
نور
سفید خورشید، طیفی کامل از رنگ‌هاست.
رنگ‌های رنگین‌کمان به ضریب شکست نور در آب و طول‌موج‌های
آن بستگی دارد. ضریب شکست نور در آب تابع سرعت نور در آب است. رنگ‌های با طول‌موج متفاوت، با سرعت یکسانی عبور نمی‌کنند. نور قرمز با طول‌موج بلندتر، زاویه بزرگ‌تری در رنگین‌کمان
به‌وجود می‌آورد و نور آبی با طول‌موج کوتاه‌تر،
زاویه کمتری دارد. رنگ‌های
رنگین‌کمان، طیف پیوسته‌ای از رنگ‌های
قرمز، نارنجی، زرد، سبز، آبی، نیلی و بنفش هستند. همچنین در محدوده فروسرخ و
فرابنفش هم امتداد می‌یابند
اما قابل‌مشاهده با چشم
نیستند.
وقتی
خورشید از پشت سر ما به قطره‌های
باران می‌تابد، پرتوهای نور
وارد قطره می‌شوند و به طرف داخل
قطره شکسته می‌شوند. آن‌ها از پشت سطح قطره باران بازتابیده می‌شوند و دوباره می‌شکنند
و به چشم‌های ما می‌رسند. شکست نور، عامل تجزیه نور خورشید
به رنگ‌های تشکیل‌دهنده آن است. همان‌طور که شما حرکت می‌کنید، رنگین‌کمان
شما تغییر خواهد کرد و از مشاهده‌های
دیگران متفاوت خواهد بود. چون نور تنها از یک قطره پراکنده شده است، پس تنها یک
پرتو از یک رنگ خاص به چشم شما می‌رسد.
نوار بنفش با زاویه حدود 6/40 درجه از قطره باران خارج می‌شود
و نوار قرمز با زاویه حدود 4/42 درجه. پس نور قرمز در قسمت بالاتر قطره باران نسبت
به چشم شما قرار دارد.
بهترین
زمان دیدن یک رنگین‌کمان
صبح زود یا غروب است، وقتی‌که
خورشید در وضعیت پایین‌تری
قرار می‌گیرد. اگر در طول
ریزش باران، بتوانید سایه سر خودتان را ببینید، در وضعیت مناسبی برای دیدن رنگین‌کمان هستید. رنگین‌کمان
اول با زاویه‌های بین 40 و 42 درجه
از نقطه مقابل خورشید تشکیل می‌شود.
به همین دلیل رنگینکمانها در هنگام ظهر دیده نمی‌شوند چون دایره کامل 42 درجه در بیشتر
عرض‌های جغرافیایی زیر خط
افق است. زاویه خورشید روی رنگین‌کمانی
که ما می‌بینیم تأثیر می‌گذارد. هرگاه خورشید بالاتر از 42 درجه
باشد، رنگین‌کمان زیر افق قرار می‌گیرد. با رسیدن خورشید به سطح افق،
اندازه کمان قابل‌مشاهده افزایش می‌یابد و به یک شبه‌دایره
کامل درست قبل از غروب می‌رسد.
رنگینکمانها
همیشه به‌صورت کمان ظاهر می‌شوند زیرا در زاویه‌ای ثابت به دور نقطه مقابل خورشید (سایه
سر شما) تشکیل می‌شوند. اگر شخصی روی
زمین ایستاده باشد و به باران نگاه کند، امکان ندارد یک دایره کامل از رنگین‌کمان ببیند. اگر چه شما می‌توانید در هواپیما از بالا به قطره‌های باران نگاه کنید و یک رنگین‌کمان کامل ببینید، زیرا قطره‌های در حال ریزش هم بالا و هم پایین شما
هستند. ولی این رنگین‌کمان
دایره‌ای کامل، بیشتر سفید
دیده می‌شود تا رنگی و سایه‌ای از هواپیما در مرکز آن دیده می‌شود. زیرا وقتی‌که
قطره‌های آب خیلی کوچک می‌شوند، طبیعت موجی نور شروع به چیره شدن
می‌کند، تا جایی که رنگ‌ها محو می‌شوند.
مهکمان2
اندازه
قطره‌های باران اثری بر
هندسه رنگین‌کمان ندارد، اگرچه
قطره‌های خیلی کوچک، مثل
مه یا غبار، این اثر را کاهش می‌دهند. در این حالت، اثر پراکندگی، بر
اثر شکست پراکندگی، غلبه می‌کند.
یک مه کمان انحنایی از یک رنگین‌کمان دارد، اما همانند یک کمان سفید
روشن و بدون رنگ‌های طیفی ظاهر می‌شود. مه‌کمان‌ها بارها مشاهده شده‌اند، اما از آنجایی که دید ما در شب
خیلی نسبت به رنگ‌ها حساس نیست، آن‌ها سفید ظاهر می‌شوند
و نه رنگی.
اگر
قطره‌ها بزرگ باشند، با قطر یک میلی‌متر
یا بیشتر، رنگ‌های قرمز، سبز و بنفش
واضح هستند اما رنگ آبی دیده نمی‌شود.
همان‌طور که قطره‌ها کوچک‌تر
می‌شوند، قرمز کم‌رنگ‌تر
می‌شود. در مه یا غبار
خوب، همه رنگ‌ها بجز بنفش ممکن است
ظاهر شوند. حتی قطره‌های
کوچک‌تر از 05/0 میلی‌متر، رنگین‌کمان
سفید یا مهکمان ایجاد می‌کنند.
رنگین‌کمان دوتایی3
اگر
یک رنگین‌کمان زیبا باشد، دو
تا رنگین‌کمان نفس‌گیر است. در حقیقت نور خورشید می‌تواند سه بار یا بیشتر در قطره باران بازتابیده شود، اما رنگین‌کمان سوم دیده نمی‌شود،
چون نزدیک به خورشید تشکیل می‌شود
و روشنایی خورشید بر آن غلبه می‌کند.
رنگین‌کمان دوم به وسیله نوری که دو بار داخل
قطره‌های باران بازتابیده
است، به‌وجود می‌آید. این کمان در محدوده 4/50 و 6/53
درجه اطراف سایه سر شما (نقطه مقابل خورشید) تشکیل می‌شود.
کمان
دوم با زاویه‌ای حدود 10 درجه
بیشتر از کمان اول و بالای آن تشکیل می‌شود
و با پهنایی حدود دو برابر و با رنگ‌هایی
بر عکس کمان اولیه ظاهر می‌شود.
نور کمان دوم، یک‌دهم شدت کمان اول
است، زیرا نور در نتیجه دو بار بازتابیده شدن، کاهش می‌یابد.
رنگ‌های کمان اولیه روشن‌تر است و رنگ قرمز در بالا و بنفش در پایین
قرار می‌گیرد. ترتیب رنگ‌ها در رنگین‌کمان
دوم بر عکس است زیرا رنگین‌کمان
دوم با کمترین زاویه نور خروجی نسبت به نقطه مقابل خورشید تشکیل می‌شود. کمترین زاویه برای نور سرخ، نسبت
به نقطه مقابل خورشید، کمتر از بنفش است و برای رنگین‌کمان
اول نور با بیشترین زاویه تشکیل می‌شود
و ترتیب آن بر عکس است. روش دیگر برای توجیه آن به این صورت است که بازتاب دوم
داخل قطره باران را مانند نوشتن مقابل یک آینه در نظر بگیریم که نوشته‌ها برعکس می‌شوند.
زاویه
رنگین‌کمان اول، به وسیله
بیشترین زاویه نوری که از میان قطره‌های
مقابل خورشید می‌گذرد، تعیین می‌شود. برای رنگین‌کمان
اول، نور در همه زاویه‌های
نزدیک‌تر به نقطه مقابل
خورشید پراکنده می‌شود،
یعنی به داخل رنگین‌کمان.
بنابراین منطقه‌ای که نور به‌وسیله قطره‌های
باران یک بار داخل قطره بازتابیده و سپس پراکنده شده، روشن‌تر
است. رنگین‌کمان دوم، به‌وسیله نوری که دو بار داخل قطره‌های باران بازتابیده شده و کمترین زاویه
را نسبت به نقطه مقابل خورشید دارد، ایجاد می‌شود.
بنابراین در خارج رنگین‌کمان
دوم هم منطقه روشنی داریم که در نتیجه پراکنده شدن نور بعد از دو بار بازتاب آن
داخل قطره‌های باران است.
نوری
که از بین قطره‌های باران عبور کرده
است، بین رنگین‌کمان‌های اول و دوم پخش نخواهد شد و این
منطقه تاریک‌تر بین دو کمان، نوار
تاریک الکساندر4 نامیده می‌شود،
که اولین‌بار به وسیله فیلسوف
یونانی قرن سوم به نام الکساندر آفرودیسیاس شرح داده شد. آسمان زیر رنگین‌کمان اول و بالای رنگین‌کمان دوم روشن‌تر
است. رنگین‌کمان اضافی، باندهای
اضافی را در قوس داخلی رنگین‌کمان
اول و یا گاهی در قسمت
خارجی قوس رنگین‌کمان دوم به وجود می‌آورد. این نوارها که به صورت رنگی ظاهر
می‌شوند، براثر تداخل
امواج نور ایجاد می‌شوند.
کمان مرتبه سوم هلالی با زاویه 20/40 درجه در اطراف خورشید دارد، پس شما باید برای
دیدن آن به عقب و به طرف خورشید نگاه کنید. کمان مرتبه سوم یک‌بار در طبیعت دیده شده اما دیدن کمان
مرتبه چهارم در طبیعت ثبت نشده است. رنگین‌کمان‌های سوم و چهارم اگر به زمین بازتابیده
شوند، به احتمال بسیار کمی دیده می‌شوند.
نتیجه‌گیری
پدیده‌های رنگین‌کمان
و مهکمان، مربوط به شکست
و بازتاب نور داخل قطره‌های
آب هستند. همه رنگ‌ها
با طول‌موج‌های متفاوت با سرعت یکسانی از قطره‌های آب عبور نمی‌کنند.
نور قرمز طول‌موج بلندتری دارد پس
زاویه بزرگ‌تری در رنگین‌کمان به‌وجود
می‌آورد و نور بنفش
برعکس آن عمل می‌کند. رنگین‌کمان دوم، در نتیجه دو بار بازتاب نور
از داخل قطره‌های آب تشکیل می‌شود و معمولاً محوتر است و رنگ‌های آن برعکس رنگین‌کمان اول دیده می‌شود.
به همین ترتیب کمان‌های
سوم و مرتبه بالاتر نیز احتمال دیده شدن دارند. در آزمایشگاه، تشکیل رنگین‌کمان‌های
چندتایی به وسیله بازتاب‌های
داخلی چندتایی امکان دارد. یک فلاسک کروی از آب، شبیه‌سازی
یک قطره آب است.
پی‌نوشت‌ها
1.
Rene Descartes
2. fogbow
3. double
Rainbow
4. Alexander
منبع
www.accweather.com