قطره های آب در رنگین کمان چه نقشی دارند



قطره های آب در رنگین کمان چه نقشی دارند را از سایت هاب گرام دریافت کنید.

رنگین‌کمان

رنگین‌کمان

رنگین کمان پدیده‌ای نوری و قیاسی است که زمانی که خورشید به قطرات نم و رطوبت جو زمین می‌تابد باعث ایجاد طیفی از نور در آسمان می‌شود. این پدیده به شکل یک کمان رنگین در می‌آید.

رنگین کمان‌ها به کمک نور خورشید در آسمان در سوی مخالف خورشید پدیدار می‌شوند.

در یک رنگین‌کمان اصلی (رنگین‌کمان پایین‌تر، و معمولاً روشن‌تر) رنگ قرمز در بخش بیرونی (یا بالایی) کمان، و بنفش در بخش درونی دیده می‌شود. این رنگین‌کمان دومی ممکن است بالا و بیرون کمان اصلی دیده شود، و ترتیب رنگ‌هایش معکوس شده‌است (رنگ قرمز در هر یک از دو رنگین‌کمان به سوی دیگری است). این رنگین‌کمان دوم با دو بار انعکاس نور در قطرات آب بوگوتایی) غیرممکن‌اند، چون انعکاس سوم از نور درون قطرات آب پرتوهایشان را تقریباً در جهت خورشید می‌تاباند، و از اینرو نامرئی هستند. ممکن است بعضی پدیده‌ها (نظیر «کمان‌های اضافی» خیلی نزدیک و درون کمان‌های اصلی) با «رنگین‌کمان‌های سه‌تایی» اشتباه گرفته شوند. همچنین برای یک ناظر غیرممکن است که برای دیدن رنگین‌کمان حاصل از قطرات آب در زاویه‌ای غیر از زاویه مرسوم (که ۴۲درجه با جهت مخالف خورشید می‌سازد) طرحی بریزد. حتی اگر ناظری ناظر دیگری را که بنظر می‌رسد «زیر» یا «در انتهای» یک رنگین‌کمان است ببیند، ناظر دوم رنگین‌کمان متفاوتی را، در ه‌مان زاویه‌ای که ناظر اول دیده بود، خواهد دید. از اینرو، یک «رنگین‌کمان» شیء فیزیکی نیست، و به‌طور فیزیکی نمی‌توان به آن نزدیک شد.

یک رنگین‌کمان طیف پیوسته‌ای از رنگ‌ها را پوشش می‌دهد؛ نوارهای متمایز (شامل تعدادی نوار) که ساختهٔ دید رنگی انسان هستند، و هیچ نوع نواربندیی در یک عکس سیاه سفید از رنگین‌کمان مشاهده نمی‌شود (فقط گرادیان ملایمی از شدت به یک مقدار بیشینه می‌رسد، سپس با یک کمینه در طرف دیگر کمان محو می‌شود). برای رنگ‌هایی که با چشم انسان عادی دیده می‌شود، توالی ذکر شده و به یاد مانده، در فارسی، هفت‌تایی قرمز، نارنجی، زرد، سبز، آّبی، نیلی سیر و بنفش است. با این حال افراد کور-رنگ رنگ‌های کمتری خواهند دید. بجز باران، مه، افشانه، و شبنم معلق در هوا نیز می‌توانند رنگین‌کمان تشکیل دهند.

پدیداری رنگین کمان[ویرایش]

رنگین‌کمان‌ها را می‌توان هر زمان که قطرات آب در هوا وجود دارند و نور خورشید از پشت سر در یک زاویه عمودی کوچک می‌تابد مشاهده کرد. بخاطر همین رنگین کمان‌ها اغلب در نیمهٔ غربی آسمان به هنگام صبح و در نیمهٔ شرقی آسمان به هنگام عصر دیده می‌شوند. جلوه‌های تماشایی رنگین کمان‌ها در زمانی که نیمی از آسمان به خاطر وجود ابرهای در حال بارش تاریک است و ناظر در مکانی با آسمانی صاف و در جهت خورشید قرار دارد، دیده خواهد شد. یک رنگین‌کمان درخشان با زمینهٔ تاریک. در طی این شرایط خوب دید، اغلب رنگین کمانی بزرگ‌تر ولی کمرنگ تر با فاصلهٔ ۱۰ درجه بیرون از رنگین کمان اصلی و ترتیب رنگی وارونه (نسبت به رنگین کمان اصلی) نمایان می‌شود

معمولاً در نزدیکی آبشارها و فوارهها نیز اثر رنگین‌کمان مشاهده می‌شود. بعلاوه، در طول یک روز آفتابی این اثر را می‌توان به‌طور مصنوعی با پراکنده‌ساختن قطره‌های آب در هوا ایجاد کرد. یک مهتاب کمان، رنگین‌کمان ماهتابی یا رنگین‌کمان شب‌هنگام، را به ندرت در شب‌های شدیداً مهتابی می‌توان مشاهده کرد. از آنجا که قوهٔ بینایی انسان برای رنگ در نور کم ضعیف است، مهتاب کمان‌ها اغلب سفید مشاهده می‌شوند.[۱] عکاسی از نیم‌دایرهٔ کامل رنگین‌کمان در یک فریم مشکل است، چون نیاز به زاویه دید ۸۴درجه‌است. برای یک دوربین ۳۵mm، یک عدسی با فاصله کانونی ۱۹mm یا عدسی زاویه-گسترده کمتر مورد نیاز است. حال که نرم‌افزارهای قدرتمندی برای چسباندن چندین عکس در یک سراسرنما در دسترس است، تصاویر کل کمان و حتی کمان‌های ثانویه را می‌توان به راحتی از یک سری از فریم‌های رویهم افتاده ساخت. از داخل هواپیما، شخص شانس دیدن تمام دایرهٔ رنگین‌کمان را، با سایهٔ هواپیما در مرکز، دارد. این پدیده می‌تواند با گلوری اشتباه گرفته شود، اما یک گلوری معمولاً خیلی کوچکتر است، تنها ۲۰–۵درجه را پوشش می‌دهد.

در شرایط دید خوب (برای مثال، وجود ابر تیره در پشت رنگین‌کمان)، کمان دوم را با ترتیب رنگ معکوس می‌توان دید. در زمینهٔ آسمان آبی، کمان دوم با اشکال قابل رویت است.

طیف[ویرایش]

رنگین‌کمان طیف پیوسته‌ای از رنگ‌ها را پوشش می‌دهد- تفکیک ظاهری محصول رنگ‌دانه‌های نوری در چشم انسان و پردازش عصبی خروجی‌های گیرنده‌های نوری‌مان در مغز است. از آنجا که قلهٔ پاسخ گیرنده‌های رنگی انسان از فردی به فرد دیگر تغییر می‌کند، افراد مختلف اندکی رنگ‌ها را متفاوت خواهند دید، و افرادی که کور رنگ هستند تعداد کمتری از رنگ‌ها را خواهند دید. با این حال، هفت رنگی که در زیر لیست شده‌اند گمان می‌شود که از این حکایت می‌کنند که انسان‌ها در هر کجا،[۲] با دید رنگی عادی، رنگین‌کمان را چگونه می‌بینند. رنگ آخر در رنگین‌کمان بنفش است، نه ارغوانی.

نیوتن به‌طور ابتکاری (۱۶۷۲م) تنها پنج رنگ اصلی را نامگذاری کرد: قرمز، زرد، سبز، آبی و بنفش. نارنجی و نیلی سیر را بعداً اضافه کرد، تا در توافق با تعداد نت‌ها در مقیاسی موسیقایی هفت رنگ را بدهد.[۳]

تکین کمان[ویرایش]

این نوع رنگین کمان بعضی اوقات و به ندرت در موقع طلوع یا غروب خورشید اتفاق می‌افتد زمانی که نورهایی با طول موج کوتاه‌تر، مانند رنگ آبی، بنفش و سبز پراکنده شده و از طیف‌های مرئی حذف می‌شوند و تنها نورهای با طول موج بلند (سرخ) دیده می‌شوند.[۴] می‌توان علت این پراکندگی را باران دانست که باعث پیدایش پدیده نادر و زیبای تکین کمان می‌شود.

توضیح علمی[ویرایش]

نور که ابتدا هنگام ورود به سطح قطره باران شکسته شده‌است، در پشت قطره بازتاب می‌کند، و بار دیگر هنگام ترک قطره می‌شکند. اثر کلی به گونه‌ای است که نور ورودی در گسترهٔ عریضی از زاویه‌ها، با بیشترین شدت نوری در زاویهٔ ۴۰ تا ۴۲ درجه، بازمی‌تابد. زاویه مستقل از اندازهٔ قطره‌است، اما به شاخص شکست آن وابسته‌است. آب دریا شاخص شکست بزرگتری نسبت به آب باران دارد، از اینرو شعاع «رنگین‌کمان» در افشانهٔ دریا کوچکتر از یک رنگین‌کمان واقعی است. این رنگین‌کمان برای چشم غیر مسلح با چینش از دست رفته‌ای از این کمان‌ها مشاهده می‌شود.[۵] مقدار شکست نور به طول‌موج‌اش، و از اینرو به رنگ‌هایش بستگی دارد. نور آبی (طول موج کوتاهتر) در زاویهٔ بزرگتری نسبت به نور قرمز می‌شکند، اما بواسطهٔ بازتاب پرتوهای نور از پشت قطره، نور آبی نسبت به نور قرمز هنگام خروج از قطره با زاویهٔ کمتری با پرتو سفید فرودی اصلی می‌سازد. ممکن است فکر کنید که عجیب است که الگوی رنگ‌ها در یک رنگین‌کمان قرمز را در بیرون کمان و آبی را در درون آن دارد. با این‌حال، زمانیکه این موضوع را با دقت بیشتری وارسی کنیم، متوجه می‌شویم که اگر نور قرمز خارج شده از یک قطره توسط ناظری مشاهده شود، نور آبی آن قطره دیده نخواهد شد زیرا این نور در مسیری متفاوت با نور قرمز حرکت قرار دارد: مسیری که با چشمان ناظر در یک راستا نیست. نور آبی مشاهده شده در این رنگین‌کمان از قطرهٔ متفاوتی می‌آید، که بایستی زیر قطره‌ای باشد که نور قرمز از آن مشاهده می‌شود.

عکس اعتقاد عموم، نور در پشت قطره باران دستخوش بازتاب کلی نمی‌شود، و مقداری نور از پشت قطره خارج می‌شود. با این حال، نور خروجی از پشت قطره باران بین ناظر و خورشید رنگین‌کمان تشکیل نمی‌دهد زیرا طیف تابشی از پشت قطره باران بمانند رنگین کمان‌های مرئی دارای شدت حداکثری نیستند، و از اینرو رنگ‌ها بیشتر از آنکه رنگین‌کمان تشکیل دهند، با هم ترکیب می‌شوند.[۶]

یک رنگین‌کمان در واقع در محل مشخصی از آسمان وجود ندارد. محل ظاهر شدنش به محل ناظر و موقعیت خورشید بستگی

م ناظر می‌رسد. این نور همان است که رنگین‌کمان را برای ناظر تشکیل می‌دهد. محل یک رنگین‌کمان در آسمان نسبت به ناظر همیشه در سوی مخالف خورشید است، و همیشه رنگین‌کمان درونی روشنتر از رنگین‌کمان بیرونی است. مرکز کمان سایهٔ سر ناظر است، یا به‌طور دقیقتر نقطهٔ پاد خورشیدی (که در طول روز زیر افق است)، در زاویهٔ ۴۰ تا ۴۲درجه نسبت به خط بین سر ناظر و سایه‌اش ظاه ر می‌شود. در نتیجه، اگر خورشید بالاتر از ۴۲درجه باشد، رنگین‌کمان زیر خط افق خواهد بود و معمولاً به مقدار کافی قطره باران بین افق (یعنی، ارتفاع چشم) و زمین وجود ندارد، تا رنگین‌کمان تشکیل دهند. استثناها زمانی رخ می‌دهند که ارتفاع ناظر از سطح زمین بیشتر شود، برای مثال در یک هواپیما، در بالای کوه، یا بالای یک آبشار.

رنگین کمان تمام دور[ویرایش]

در واقع همهٔ رنگین‌کمان‌ها دایرهٔ کامل هستند ولی در روی زمین ما معمولاً فقط نیمهٔ بالایی آن‌ها را می‌بینیم. از آنجاییکه مرکز رنگین‌کمان به صورت قطری در طرف مقابل موقعیت خورشید در آسمان است بیشترین مقداری که ما می‌توانیم از رنگین‌کمان ببینیم حدود ۵۰٪ آن است که آن‌هم در هنگام صبح زود یا غروب که خورشید پایین است قابل مشاهده است. برای اینکه بتوانیم دایرهٔ کامل را ببینیم لازم است که قطرات آب در زیر افق دید بیننده باشند.

وقتی نور خورشید به داخل قطرات باران می‌تابد آن‌ها به صورت منشورهای کوچکی عمل می‌کنند که نور را متفرق کرده و به رنگ‌های مجزا تجزیه می‌کند. بهترین و شفاف‌ترین رنگین کمان زمانی تشکیل می‌شود که باران خیلی شدید باشد و قطرات بزرگی در آسمان باشند. در واقع پرتوهای نور در هنگام عبور از قطرات آب دو بار خم می‌شوند. بار اول زمانی است که وارد قطرات آب می‌شوند و بار دوم هنگامی که از قطرات خارج می‌شوند.

دلیل دایره بودن رنگین‌کمان این است که قطرات آب با زاویهٔ بین ۴۰ تا ۴۲ درجه از زاویهٔ ورودشان خارج می‌شوند و تجمع این پرتوها در هنگام تابیدن نور به قطرات باران باعث می‌شود که یک دایره تشکیل شود ولی اگر خورشید خیلی پایین باشد مثلاً هنگام صبح یا غروب ما فقط یک‌نیمه از این کره را می‌بینیم و هر چه خورشید بالاتر باشد ما مقدار کمتری از دایرهٔ رنگین‌کمان را می‌بینیم. تنها راهی که بتوان دایرهٔ کامل رنگین‌کمان را دید این است که به بالای قطرات باران رفته و خورشید را در پشت سر خود داشته باشیم؛ مثلاً در داخل هواپیما یا بالای یک آبشار می‌توان یک رنگین‌کمان دایره‌ای کامل را دید.

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

ترجمه: ابراهیم پهلوان[پیوند مرده]، مدیریت وبلاگ اشعه ایکس، en:Rainbow

پیوند به بیرون[ویرایش]

منبع مطلب : fa.wikipedia.org

مدیر محترم سایت fa.wikipedia.org لطفا اعلامیه سیاه بالای سایت را مطالعه کنید.

فیزیک

رنگین کمان

یکی از باشکوه ترین شاهکارهای طبیعت، رنگین کمان است که نمایشی از پاشندگی نور سفید می باشد. نشان می دهد که نور مرئی از طیف های رنگی با طول موج های متفاوت تشکیل شده اند. برای دیدن رنگین کمان می بایستی پشت به خورشید و با زاویه ی تقریباً 40 درجه نسبت به زمین به جوی که شامل قطرات معلق آب می باشد، نظاره کنید. هر یک از قطرات آب مثل منشور باعث پاشندگی نور سفید می شوند که به چشم شما می رسد.

قطرات آب چگونه سبب پاشندگی نور و بازتابش می شوند و چرا الگوی رنگین کمان از بالا به پایین ظاهر می شود. در این درس به این سؤالات پاسخ می دهیم. در درس های قبلی با مفاهیمی نظیر شکست، بازتابش داخلی و پاشندگی آشنا شدید.

رنگین کمان

مسیر نور در یک قطره

قطرات معلق آب در جو؛ شکست دهنده ی نور هستند. چگالی نوری آب بیشتر از هوا می باشد. امواج نور هنگام گذر از مرز میان دو محیط می شکنند. سرعت نور در آب کاهش می یابد و هنگام ورود به قطره مسیر نور خمیده می شود و به خط عمود نزدیک می شود. هنگام خروج از قطره ی آب، سرعت نور افزایش یافته و مسیر نور منحرف شده و از خط عمود دور می شود.

پرتو های نور زیادی با زوایای مختلف و در مسیر های متفاوت داخل قطره آب می شوند. یکی از مسیرهای مهم که در رنگین کمان اهمیت دارد، مسیری است که در آن برای نور پس از وارد شدن به قطره، رویداد بازتابش داخلی کلی رخ می دهد.  که در شکل سمت چپ مشاهده می شود. در این شکل، نور دو بار شکسته شده و یک بار بازتاب داخلی کلی می کند. در این مراحل، نور پاشیده شده و به چشم ناظری که در سطح زمینی قرار دارد، خمیده می شود.

ممکن است راه های دیگری برای مسیر نور وجود داشته باشد که به مسیرهای مشابه منجر شود، در برخی مواقع ممکن است نور بدون بازتاب داخلی از سمت دیگر قطره و فقط با دو شکست از قطره ی آب خارج شود. برای نقطه ورودی نور که در شکل دیده می شود، غلظت بهینه ای از نور وجود دارد که قطرات را در هوا نسبت به زمین تحت زاویه مشخصی نگه می دارد. طول موج های کوتاه نور مثل آبی و بنفش نسبت به طول موج های بلند نور مثل قرمز، بیشتر دچار شکست شده و از آنجا که مرز ها به موازات هم قرار نگرفته اند، پس این شکست دو گانه جدایی – قابل تشخیص رنگ های نور خورشید به طیف های سازنده اش را موجب می شود.

رنگین کمان

برای نور قرمز، زاویه ی انحراف، بین پرتو های نور ورودی خورشید و پرتوهای شکست به سمت چشم ناظر تقریباً 42 درجه است. چون طول موج نور آبی بیشتر از طول موج نور قرمز است. زاویه ی انحرافش نسبت به پرتوهای اولیه نور خورشید 40 درجه می باشد. لذا نور قرمز با انحراف بیشتری نسبت به نور فرودی به چشم ناظر می رسد. شایان ذکر است که مسیرهای زیادی برای نور خورشید وجود دارد، اما مسیر ذکر شده بالا در تشکیل رنگین کمان و مشاهده ی آن توسط ناظر روی زمین از اهمیت خاصی برخوردار است. این مسیرها به محل خورشید و مسیر پرتو نور خورشید فرود آمده به قطره ی آب بستگی دارد.

تشکیل رنگین کمان

رنگین کمان اکثر اوقات به صورت یک قوس دایره ای در آسمان مشاهده می شود؛ ناظر روی زمین قوسی از دایره را مشاهده می کند که بالاترین رنگ آن قرمز است.

 اگر شما رنگین کمان را از داخل هواپیما مشاهده کرده باشید، متوجه خواهید شد که رنگین کمان دایره ی کاملی است که ناظران روی زمین تنها قسمتی از نیم دایره ی بالایی را مشاهده می کنند، قسمت پایینی نیم دایره به علت وجود زمینی غیر قابل مشاهده است. (قطرات معلق آب، زیر زمینی وجود ندارند، با این حال ناظران درهواپیما قوس بالا و پایین رنگین کمان را به طور کامل می توانند مشاهده کنند.)

علت دایره ای بودن رنگین کمان این است که مجموعه ای از قطرات معلق موجود در جو که می توانند زاویه ی انحراف 40 تا 42 درجه را نسبت به مسیر اولیه نور خورشید ایجاد نمایند، روی قوس دایره ای شکلی قرار می گیرند. هر یک از قطرات آب روی قوس دایره ای رنگین کمان، نور سفید خورشید را شکست داده و می پاشند.

همان طور که در بالا ذکر شده، نور قرمز نسبت به نور آبی با زاویه بزرگتری انحراف می یابد و به زمینی می رسد. پس وقتی زاویه ی دید ناظر نسبت به زمینی بیشتر باشد، قطرات آب در این راستا، نور قرمز را به سمت چشم ناظرشکست می دهند.نور آبی هم از همین قطرات با زاویه ی انحراف کمتری از بالای سر ناظر می گذرند. لذا وقتی شیب زاویه ی دید نسبت به زمینی بیشتر باشد، نور قرمز توسط ناظر مشاهد خواهد شد. بطور مشابه اگر اندازه زاویه دید کمتر باشد، قطرات آب در این راستای دید ناظر، نور آبی را به چشم ناظر می رسانند و نور قرمز با زاویه ی انحراف بزرگتر به پاهای ناظر می رسند. به همین دلیل است که نور قرمز در بالاترین قسمت قوس رنگین کمان و نور آبی در قسمت پایین رنگین کمان مشاهده می شود.

رنگین کمان

تشکیل رنگین کمان فقط به پاشندگی نور توسط قطرات باران محدود نمی شود. ریزش پر فشار آب از یک آبشار قطرات ریز آب را به وجود می آورد که می توانند رنگین کمان تشکیل دهد. آب پاش ها هم می توانند تولید کننده ی قطرات ریز آب و در نتیجه تشکیل رنگین کمان باشند. نور خورشید، قطرات معلق آب و زاویه ی دید مناسب، سه عامل اصلی تشکیل رنگین کمان می باشند.

منبع مطلب : fizik9091.blogfa.com

مدیر محترم سایت fizik9091.blogfa.com لطفا اعلامیه سیاه بالای سایت را مطالعه کنید.

جواب کاربران در نظرات پایین سایت

مهدی : نمیدونم, کاش دوستان در نظرات جواب رو بفرستن.

نظر خود را بنویسید

آخرین مطالب