گفتار نوزدهم: گروه آموزشی علوم تجربی

 

رنگین کمان

 

مقدمه :

انسان از دوران باستان همیشه در پی کشف اسرار و حقایق پدیده های مختلف بوده است. در این میان پدیده های آسمانی بیشتر مورد توجه متفکران بوده و از آنجا که انسان ذاتاً زیبایی را دوست دارد به پدیده ی رنگین کمان توجه خاصی داشته و همیشه در این اندیشه بوده است که این زیبایی وهارمونی رنگی نمناک چگونه پدیده می آید؟

هفت رنگ متفاوت به حالت کمانی شکل و موقع اتمام باران در روزهای آفتابی؟!

این مسأله همچنان در پرده ی ابهام بود تا اینکه روز یکشنبه در اواخر بهار سال 1664 میلادی و در شهر کمبریج انگلیس راز این پدیده آشکار شد. نیوتن که به همراه دوستانش به دیدن یک سیرک رفته بود متوجه شیء درخشانی در لباس یکی از شعبده بازان شد او خیره درخشندگی آن شیء شد. سپس او یکی از آنها را خرید و به آزمایشاتی روی آن پرداخت. آن شیء یک منشور بود او توسط نور خورشید و تاباندن آن به یک منشور توانست نور سفید را به هفت رنگ متفاوت ، قرمز ، نارنجی ، زرد، سفید ، آبی ، نیلی و بنفش که بعد ها آن را طیف نامید تجزیه کند. این کشف او راز پیدایش رنگین کمان را آشکار نمود.

برای بررسی بیشتر پدیده ی رنگین کمان و علل پیدایش این قرص روشن در آسمان نیلگون باید ابتدا قوانین بازتاب را مرور کنیم و بعد پاشیدگی نور سفید را مورد مطالعه قرار دهیم.

می دانیم که در بازتاب ، زاویه تابش با زاویه بازتابش برابر و مساوی است و اگر سطح صاف و مسطح داشته باشیم، همه ی بازتاب ها در یک جهت و با هم موازی تابیده می شوند ولی اگر سطح ما صاف و مسطح نباشد بازتاب ها هر کدام در جهت های مختلف بازتابیده خواهند شد.

 

پاشیدگی نور

تجزیه ی نور سفید به نورهای تشکیل دهنده اش را پاشیدگی نور گویند.

نیوتن اولین کسی بود که نور سفید را توسط یک منشور به نور ساده تجزیه کرد . آنرا طیف نور سفید نامید که یک طیف پیوسته است. طیف پیوسته طیفی را گویند که هیچ مرز مشخصی بین رنگهای آن نباشد.

یک منشور به هنگام تجزیه نور سفید برای نور قرمز کمترین ضریب شکست و برای نور قرمز کمترین ضریب شکست و برای نور بنفش بیشترین ضریب شکست را از خود نشان می دهد که این امر باعث ترتیب خاصی در تجزیه نور سفید می شود. (شکل 1)

 

 

 

در دو منشور مشابه که یکی نور سفید را تجزیه می کند و دومی آنها را با هم ترکیب می کند. (شکل2)

 

 

 

 

قرص نیوتن صفحه ای دایره ای شکل است که به چهارده قسمت مساوی تقسیم شده است که هر قطعه به ترتیب به رنگ هایی از قرمز تا بنفش رنگ آمیزی شده است. ( شکل 3)

 

 

 

اگر این قرص به سرعت در مقابل چشم ناظر بچرخد به رنگ سفید مایل به خاکستری ناظر بچرخد به رنگ سفید مایل به خاکستری به نظر می رسد . علت این پدیده در واقع این است که وقتی قرص به سرعت می چرخد احساسی از نور قرمز بر روی پرده ی شبکیه چشم ناظر ایجاد شده و لحظه ای دوام می آورد در همین مدت اندک نورهای نارنجی ، تا بنفش به شبکیه رسیده و بر روی هم می افتند . انطباق این هفت رنگ در یک لحظه باعث می شود که ناظر آن را سفید ببیند.

حال به این مسئله می پردازیم که چگونه رنگین کمان در آسمان پدید می آید؟

پرتوهای نور خورشید پس از برخورد با قطره های باران از جهت های مختلف آن خارج می شوند در واقع این پرتوها هنگام ورود به داخل قطره که مثل یک منشور عمل می کند می شکنند. با توجه به شکل (4) قسمتی از پرتوها در داخل قطره باز می تابند و قسمتی در جهت هایی بر قطره به زاویه حد می رسند. و قسمتی در جهت پرتوهای بازتابیده می شود. همین خارج شده قسمت عمده ی پرتو در یک جهت است که تشکیل رنگین کمان را امکان پذیر می کند که البته علت اینکه9 خروج پرتوهای نور در یک جهت معین از سایرجهات بیشتر است قوانین بازتاب و شکست نور می باشد.

 

 

 

 

 

از شکل پیداست اکثراً پرتوهای نور خورشید پس از برخورد با قطره به صورت یک مخروط به عقب بر می گردند مرکز این مخروط دقیقاً مقابل خورشید واقع می باشد که این مخروط یک کمان نورانی در مقابل خورشید بوجود می آورد که از روی زمین تنها قسمتی از این کمان کامل دیده می شود لبه ی روشن این کمان است که رنگین کمان را تشکیل می دهد. رنگ های رنگین کمان به دلیل پدیده ی شکست که به رنگ های از قرمز تا بنفش مجزا می شوند. شکل (4) رنگ های مختلف نور سفید در داخل قطره باران سرعت های مختلفی را دارند و همچنین طول موج های متفاوت بنابراین به جهت های مختلف می شکنند. همین موضوع باعث تجزیه ی رنگ ها می شود . کسانی که به رنگین کمان نگاه می کنند چنان محو رنگ ها می شوند که عملاً توجهی به قرص درخشان که همان لبه های رنگین کمان است نمی کنند.

منابع:

-      مفاهیم فیزیک را چگونه درک کنیم. نویسنده لوئیز ایپشتین

-      نور هندسی، انتشارات فاطمی

-      نیوتن ، انتشارات کتاب همراه

-      کتاب فیزیک (1) اول دبیرستان شرکت چاپ و نشر ایران

سال تحصیلی 85-1384