دونالد اهرنز نویسنده ای است که در کتاب خود با نام "هواشناسی امروز" از رنگین کمان تحت عنوان یکی از دیدنی ترین نورهایی که می توان در زمین مشاهده کرد نام برده است. حقیقتاً از دیدگاه سنتی رنگین کمان عبارت از پرتو خورشیدی است که به رنگهای مختلف انتشار می یابد و به وسیله قطرات ریز باران به چشم مشاهده کننده بازمی گردد.اصطلاح کمان که بخشی از کلمه رنگین کمان را تشکیل می دهد در حقیقت مطلب را به خوبی توضیح می دهد که رنگین کمان دسته ای است از رنگهای خم شده کمانی است که مرکز مشترکی دارند.
خورشید هنگام پدیدار شدن رنگین کمان کجاست؟
طرح این پرسش برای شروع تفکر فیزیکی پیرامون این مسئله که "فرایند تشکیل رنگین کمان چیست" بسیار مناسب است. اغلب مردم هیچ توجهی نمی کنند که زمان مواجهه با رنگین کمان همیشه خورشید پشت سرشان قرار دارد. و مرکز کمان رنگین کمان دقیقاً در مقابل خورشید واقع است. البته با ذکر این نکته که باران در امتداد رنگین کمان قرار دارد.
چه چیزی سبب ایجاد قوس رنگین کمان می شود؟
پرسشهایی از این دست پاسخهای فیزیکی به خصوصی دارند. ما پدیده تشکیل کمان را توسط بارش باران توضیح خواهیم داد. و این مسئله ای پیرامون مباحث اپتیک است که نخستین بار به طور شفاف توسط رنه دکارت در سال 1637 میلادی تشریح گردید.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 پدیده را با در نظر گرفتن گذر نور از یک قطره آب ساده سازی نموده و توانست این پدیده را شرح دهد . وی می نویسد: در نظر بگیرید این کمان نه در آسمان بلکه در هوای نزدیک به ما هر کجا که خورشید به قطرات باران میتابد ظاهر گردد. در نتیجه ما قطعاً خواهیم توانست اصل قضیه را دریابیم. من تصمیم دارم به سهولت بیان نمایم که هر کدام از پرتوهای نور به قطرات فرو ریزنده باران برخورد و از آن عبور نماید و به چشم ما میرسد. بعلاوه با در نظر گرفتن این موضوع که قطره باران گرد و کروی است و ساختاری تشکیل یافته دارد و اینکه قطره آب در اندازه های بزرگتر و کوچکتر ایجاد می گردد در اصل پیدایش کمان تفاوتی ایجاد نمیشود اگر این کره کوچک یا بزرگ باشد.من نظری دارم و آن این است که می توان این مطلب را بهتر بیان نمود. دکارت توضیح داده که چگونه کره بزرگی ساخته و به پرتوهای خورشید گذرنده از آن نگاه کرده است.
وی همچنین نوشته است "من دریافتم اگر پرتو خورشید بعنوان مثال از بخشی از خورشید که در شکل زیر با AFZنشان داده شده است عبور کند و چشمان ناظر در نقطهE قرار داشته باشد زمانیکه در موقعیت دوار BCD واقع هستم قسمت D قرمز و روشنتر به نظر خواهد رسید."
و هرچقدر به آن نزدیک شوم یا از آن دور گردم و یا به چپ و راست بروم و یا اینکه به سمت بالا ارتفاع بگیرم همواره خط EM با امتداد خط DE زاویه 42 درجه خواهد ساخت.
بنابراین ما تصور می کنیم در امتداد مرکز خورشید و چشمان مان قرار دارد و از این رو همواره قرمز به نظر خواهد رسید و به تدریج با بزرگتر شدنDEM رنگ قرمز محو و ناپدید خواهد شد.
و به همین ترتیب اگر زاویه را اندکی کوچکتر در نظر بگیریم رنگ قرمز به یکباره ناپدید و محو نخواهد شد بلکه حالت محو تری پیدا خواهد کرد و دیگر آن حالت تشعشع درخشنده را کمتر خواهد داشت. که به تدریج در پهناهای مجاور آن رنگهای زرد آبی و سایر رنگها ظاهر می شوند.
وقتی مسئله را جزئی تر بررسی کنیم درمی یابیم در قسمتBCDچه چیزی سبب می گردد نقطه D قرمز به نظر برسد. دریافتم که پرتوهای نور خورشیدی که از A به B می رسند در زمان ورود به نقطه B خم می شوند. و برای عبور به نقطه C جایی که به نقطهDبازتابیده می شوند و در آنجا با عبور از قطره آب باز هم خمیده می شوند .
آنچه گفته شد شکل رنگین کمان را بیان می کند . برای ساده سازی این تحلیل مسیر پرتو تکرنگ را درون یک قطره کروی آب در نظر بگیرید . تصور کنید نور چگونه داخل قطره کروی آب می گردد و سپس چگونه توسط سطح خمیده داخلی و نیز " آیینه مانند" قطره آب بازتابیده می شود. و در نهایت اینکه چگونه نور به قطره آب وارد و از آن خارج می گردد.اگر نتایج این بررسی را به کل قطرات آب باران در آسمان تعمیم دهیم می توانیم علت کمانی شکل بودن رنگین کمان را درک نماییم. دیاگرام سنتی برای توضیح این پدیده نشان داده شده است. "فیزیک هواشناسی" مسیر عبور یک پرتو نور از قطره آب در 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 نقطهC بازتابیده می شود و از قطره آب بیرون آمده اکنون با حالتی منحنی و خمیده شده در امتداد CE از قطره خارج می گردد. زاویه D میزان انحراف زاویه ای خروج پرتو نور از امتداد اصلی را نشان می دهد.
دکارت این 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 که انحراف زاویه کمتری دارد از میان همه پرتوها در قطره باران نشان می دهد که دکارت یا پرتو رنگین کمان نامیده میشود و بیشتر پرتوهای خورشیدی مانند آن درست مانند این پرتو در میان قطره باران شکسته و بازتابیده میشوند. بنابراین نور بازتابیده شده پراکنده تر و ضعیف تر خواهد بود مگر آنکه نزدیک به این امتداد پرتو رنگین کمانی باشد. این تمرکز پرتوها در نزدیکی حداقل انحراف زاویه ای منجر به ظاهر شدن کمان و قوس رنگین کمان می گردد.خورشید فوق العاده از ما دور است و می توان تقریب خوبی برای این مسئله داشت. با فرض اینکه پرتوهای خورشیدی دسته پرتوهای موازی ایجاد می نماید که در قطره آب داخل شده و در درون قطره پخش و بازتابیده می شود و بار دیگر ه هنگام خروج از قطره آب رفتار مشابهی نشان می دهد. دکارت در این باره می نویسد: قلم به دست گرفتم و محاسبه دقیقی از مسیر پرتوهایی که بر نقاط مختلف قطره کروی باران وارد می شود برای حساب کردن اینکه چه زوایایی پس از دو پراکندگی و بازتاب به چشم انسان می رسند انجام دادم. سپس دریافتم پس از یک بازتاب و دو پراکندگی پرتوهای بیشتری از زاویه 42 و 41 درجه می توانند به چشم برسند تا اینکه از سایر زوایا . و هیچ پرتوی از زاویه ای بیش از این نمی تواند مشاهده شود.عموماً یک قطره باران کروی است و بنابر این اثر آن بر نور خورشید به طور متقارن با یک محور میان مرکز قطره و چشمه نور (در اینجا خورشید) می باشد .زیرا این تقارن در بیان دوبعدی موجود در شکل به خوبی کفایت می کند و تصور سه بعدی قطره به دلیل تقارن کروی می تواند با گردش حول محور تقارن صورت پذیرد.اثر تقارن کانونی بر هر قطره در هر کجا که قطرات باران را مشاهده می کنیم.
و با معیار دیدrainbow ray تعریف می گردد را در لکه های روشن را پراکنده شده و بازتاب یافته نور خورشید خواهیم دید.
بر طبق شکل مشاهده می کنیم که پرتو رنگین کمان برای نور قرمز مابین امتداد پرتو خورشید و خط دید زاویه 42 درجه می سازد. بنابراین در زمانیکه قطره باران در خط دید واقع می شود با نور پدیدار شده چنین زاویه ای را می سازد روشنایی آن را خواهیم دید.
کمانی بدین ترتیب رنگین کماناز منحنی با زاویه 42 درجه به مرکز مقابل خورشید است. ما منحنی را به طور کامل مشاهده نخواهیم کرد زیرا زمین در میانه راه با آن برخورد می کند. زمانی که خورشید نسبت به افق پایین تر قرار دارد ما بخش های بیشتری از این قوس دایره رنگین کمان را مشاهده خواهیم نمود خصوصاً در موقعیت غروب خورشید که ما نیم دایره ای از نگین کمان با کمان 42 درجه در بالای افق مشاهده می نماییم. زمانیکه خورشید نسبت به افق در بالاترین قسمت خود واقع است کمان رنگین کمان کوچکتر به نظر خواهد رسید.
چه چیزی سبب ایجاد رنگها در رنگین کمان می شوند؟
توضیح سنتی رنگین کمان بیان می داشت که رنگین کمان متشکل از 7 رنگ قرمز نارنجی زرد سبز آبی نیلی و بنفش می باشد اما در حقیقت رنگین کمان طیف پیوسته ای از تمامی رنگها را از بنفش تا قرمز در گستره دید انسان در بر می گیرد. رنگهای رنگین کمان ناشی از دو واقعیت اساسی است
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 18 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلود مقاله فرایند تشکیل رنگین کمان چیست
