ماﻫﻴﺖ رنگین کمان

دونالداهرنز نویسنده ای است که در کتاب خود با نام "هواشناسی امروز" از رنگینکمان تحت عنوان یکی از دیدنی ترین نورهایی که می توان در زمین مشاهده کردنام برده است. حقیقتاً از دیدگاه سنتی رنگین کمان عبارت از پرتو خورشیدیاست که  به رنگهای مختلف انتشار می یابد و  به وسیله قطرات ریزباران به چشم مشاهده کننده بازمی گردد.اصطلاح کمان که بخشی از کلمه رنگینکمان را تشکیل می دهد در حقیقت مطلب را به خوبی توضیح می دهد که رنگینکمان دسته ای است از رنگهای خم شده کمانی است که مرکز مشترکیدارند.

                                         

 خورشید هنگام پدیدار شدن رنگین کمان کجاست؟

 

طرحاین پرسش برای شروع تفکر فیزیکی پیرامون این مسئله که "فرایند تشکیل رنگینکمان چیست" بسیار مناسب است. اغلب مردم هیچ توجهی نمی کنند که زمان مواجههبا رنگین کمان همیشه خورشید پشت سرشان قرار دارد. و مرکز کمان رنگین کماندقیقاً در مقابل خورشید واقع است. البته با ذکر این نکته که باران درامتداد رنگین کمان قرار دارد.



چه چیزی سبب ایجاد قوس رنگین کمان می شود؟                                          

پرسشهاییاز این دست پاسخهای فیزیکی به خصوصی دارند. ما پدیده تشکیل کمان را توسطبارش باران توضیح خواهیم داد. و این مسئله ای پیرامون مباحث اپتیک است کهنخستین بار به طور شفاف توسط رنه دکارت در سال 1637 میلادی تشریحگردید.موضوع جالب تاریخی اینکه مطابق با مطلبی که در کتاب کارل بایرز "رنگین کمان از افسانه تا ریاضیات" شرح داده شده در حقیقت دکارت این پدیدهرا با در نظر گرفتن گذر نور از یک قطره آب ساده سازی نموده و توانست اینپدیده را  شرح دهد . وی می نویسد: در نظر بگیرید این کمان نه درآسمان بلکه در هوای نزدیک به ما هر کجا که خورشید به قطرات باران میتابدظاهر گردد. در نتیجه ما قطعاً خواهیم توانست اصل قضیه را دریابیم. منتصمیم دارم به سهولت بیان نمایم که هر کدام از پرتوهای نور به قطرات فروریزنده باران برخورد و از آن عبور نماید و به چشم ما میرسد.  بعلاوهبا در نظر گرفتن این موضوع که قطره باران گرد و کروی است و ساختاری تشکیلیافته دارد و اینکه قطره آب در اندازه های بزرگتر و کوچکتر ایجاد می گردددر اصل پیدایش کمان تفاوتی ایجاد نمیشود اگر این کره کوچک یا بزرگ باشد.مننظری دارم و آن این است که می توان این مطلب را بهتر بیان نمود. دکارتتوضیح داده که چگونه کره بزرگی ساخته و به پرتوهای خورشید گذرنده از آننگاه کرده است

                                        

 

وی همچنین نوشته است "من دریافتم اگر پرتو خورشید بعنوان مثال از بخشی از خورشید که در شکل زیر باAFZنشانداده شده است عبور کند و چشمان ناظر در نقطهE   قرار داشته باشدزمانیکه در موقعیت دوار BCD واقع هستم  قسمت D قرمز وروشنتر به نظر خواهد رسید."

وهرچقدر به آن نزدیک شوم یا از آن دور  گردم و یا به چپ و راست بروم ویا اینکه به سمت بالا ارتفاع بگیرم همواره خط EM با امتداد خط DE  زاویه 42 درجه خواهد ساخت 

.

بنابراینما تصور می کنیم در امتداد مرکز خورشید و چشمان مان قرار دارد و از این روهمواره قرمز به نظر خواهد رسید و به تدریج با بزرگترشدنDEM  رنگ قرمز محو و ناپدید خواهد شد.  

                  

 

 وبه همین ترتیب اگر زاویه را اندکی کوچکتر در نظر بگیریم رنگ قرمز بهیکباره ناپدید و محو نخواهد شد بلکه حالت محو تری پیدا خواهد کرد و دیگرآن حالت تشعشع درخشنده را کمتر خواهد داشت. که به تدریج در پهناهای مجاورآن رنگهای زرد آبی و سایر رنگها ظاهر می شوند

.

وقتیمسئله را جزئی تر بررسی کنیم درمی یابیم در قسمتBCDچه چیزی سبب می گرددنقطه D قرمز به نظر برسد. دریافتم که پرتوهای نور خورشیدی که از  A  به   B   می رسند در زمان ورود بهنقطه B   خم می شوند.  و برای عبور به نقطه C  جایی که به نقطهDبازتابیده می شوند  و در آنجا با عبوراز قطره آب باز هم خمیده می شوند

                

آنچهگفته شد شکل رنگین کمان را بیان می کند . برای ساده سازی این تحلیل مسیرپرتو تکرنگ را درون یک قطره کروی آب در نظر بگیرید . تصور کنید نور چگونهداخل قطره کروی آب می گردد و سپس چگونه توسط سطح خمیده داخلی و نیز " آیینه مانند"  قطره آب  بازتابیده می شود. و در نهایت اینکهچگونه نور به قطره آب وارد و از آن خارج می گردد.اگر نتایج این بررسی رابه کل قطرات آب باران در آسمان تعمیم دهیم می توانیم علت کمانی شکل بودنرنگین کمان را درک نماییم. دیاگرام سنتی برای توضیح این پدیده نشان دادهشده است. "فیزیک هواشناسی" مسیر عبور یک پرتو نور  از  قطره آبدر امتدادSA را نمایش می دهد. به گونه ای که باریکه نور در نقطه A  وارد می شود .

به میزان کمی خمیده می گردد و به داخل قطره آب وارد شده تا نقطه B پیش می رود.

  زمانیکه به نقطهبازتابیده می شود و از قطره آب بیرون آمده اکنون باحالتی منحنی و خمیده شده در امتداد CE از قطره خارج میگردد.  زاویه D  میزان انحراف زاویه ای خروج پرتو نوراز امتداد اصلی را نشان می دهد.

 

دکارتاین زاویه را برای پرتو نور قرمز در حدود 138 درجه اندازه گیری نموده است. پرتوی که در اینجا کشیده شده بسیار با اهمیت است زیرا که پرتوی را کها

کهدکارت یا پرتو رنگین کمان نامیده میشود و بیشتر پرتوهای خورشیدی مانند آندرست مانند این پرتو در میان قطره باران شکسته و بازتابیده میشوند. بنابراین نور بازتابیده شده پراکنده تر و ضعیف تر خواهد بود مگر آنکهنزدیک به این امتداد پرتو رنگین کمانی باشد. این تمرکز پرتوها در نزدیکیحداقل انحراف زاویه ای منجر به ظاهر شدن کمان و قوس رنگین کمان میگردد.خورشید فوق العاده از ما  دور است

/ 0 نظر / 96 بازدید