چگونگی تشکیل رنگین کمان
این مسئله را برای اولین بار در اروپا Rene Descartes در سال 1637 حل کرد.(قبلا کمال الدین فارسی در سال های قرن 13 راه حل ریاضی این مسئله را با شیوه ای تقریبا قانع کننده یافته بود)
Descartes کار خود را با ساده سازی برخورد پرتو نور با یک قطره آب شروع کرد و در ضمن فرض کرد قطرات آب گرد هستند (موضوعی که اثبات شده است)و پس از انجام محاسبات به این نتیجه رسید که بیشترین پرتوها در زاویه 42 درجه انحراف می یابند.
تصویر زیل ،مسیر نور است در یک قطره(نور همیشه از پشت سر تابیده میشود).نور وارد قطره میشود.در A شکسته میشود.به B میرسد و منعکس میشود (درست مثل انعکاس از یک سطح مقعر) بعد به C میرسد و با یک شکست خارج میشود.زاویه D معیاری است از انحراف نور ورودی نسبت به جهت تابش اولیه.
Descartes این انحراف را برای نور قرمز حدود 180-42 یعنی 138 درجه محاسبه کرد و دریافت که بیشترین شدت انحراف پرتوها حول این زاویه است .این همان زاویه دید رنگین کمان است.
در یک زاویه بزرگتر چیزی دیده نمیشود(از این به بعد امواج مادون قرمزند که برای ما نامرئی هستند) و در زاویه ای کوچکتر از آن هم به تدریج رنگها ظاهر شده و پس از 2 درجه دوباره همه چیز ناپدید میشود.(از اینجا به بعد هم رنگهای ماورا بنفش هستند که چشم ما قادر به شناسایی آنها نیست)پس ضخامت رنگین کمان حدود 2 درجه قوسی است.یعنی 2 برابر زاویه دید یک ماه کامل.
چرا رنگین کمان،کمان است؟!
چون قطرات آب کروی هستند و در ضمن پرتوها نور خورشید هم موازی به زمین میرسند پس تقارن وجود دارد.و قطرات از همه طرف به همین شکل عمل میکنند.پس شخص از هر طرف میتواند این نور را در یک زاویه 42 درجه ببیند.در نتیجه این نورها تشکیل یک دایره با زاویه دید 42 درجه از هر طرف شخص را میدهد.مرکزیت این دایره هم درست در سایه سر مشاهده گر یا بطور دقیقتر در نقطه مقابل خورشید قرار دارد.در نتیجه اگر خورشید بالای افق باشد نقطه مقابل آن یعنی مرکز رنگین کمان زیر افق خواهد افتاد و در نتیجه ما تنها میتوانیم در روز قسمتی از یک رنگین کمان را ببینیم.اگر خورشید بالای 42 درجه باشد،کمان بطور کامل از افق دید ما خارج میشود.پس در اصل ما نمیتوانیم رنگین کمان کامل را ببینیم چون زمین مزاحم ماست.اگر ارتفاع دیدمان را افزایش دهیم میتوانیم قسمتهای بیشتری را مشاهده کنیم.مثلا در یک هواپیما این امکان هست که بشود یک رنگین کمان کامل را دید.حالت دیگری هم برای کامل دیده شدن رنگین کمان هست و آن هم وقتی است که خورشید درست هنگام غروب (یا طلوع)باشد.در این هنگام مرکز رنگین کمان درست 42 درجه بالای افق است و در نتیجه بصورت یک دایره مماس بر افق دیده میشود.
ذکر چند نکته خالی از لطف نیست :
زاویه انحراف به بزرگی یا کوچکی قطره بستگی ندارد.ولی تابع ضریب شکست قطره است.مثلا اب دریا ضریب شکست بیشتری نسبت به باران دارد در نتیجه کمان تشکیل شده شعاع کمتری دارد.(کمتر از 42 درجه)
چگونگی خود پدیده جدایی رنگها هم جالب توجه است:
عاما ایجاد رنگین کمان متفاوت بودن زوایای شکست برای طول موجهای مختلف است.یعنی آبی (طول موج کمتر)در زاویه بزرگتری میشکند تا قرمز(طول موج بیشتر)و البته طی مکانیسم دیگری در قطره آب(پدیده کانونی شدن پرتوها در اثر بازتاب از سطح مقعر داخل قطره)جای این دو رنگ عوض میشود و قرمز در سمت بیرونی کمان دیده میشود و آبی در درون کمان.بین این دو هم رنگا بطور پیوسته حضور دارند.
نکته جالب دیگر هم اینکه:
گاهی یک یا چند رنگین کمان دیگر هم با رنگهای عکس و یا همسان ،بیرون و داخل رنگین کمان اصلی مشاهده میشوند که البته شدت بسیار کمتری دارند و به سختی قابل مشاهده اند.و این اتفاق به خاطر انعکاس های پی رد پی در قطره آب است که امکان دیدن چندین رنگین کمان را فراهم میکند.تا سال 1998رنگین کمانهای پی در پی از مرتبه 200 انجام شده با لیزر آرگون هم گزارش شده اند!
نکته بعد: رنگین کمانهای قمری هم گهگاه مشاهده میشوند که البته به خاطر وجود ماه کامل در شب تشکیل میشوند و بسیار کم شدت هستند.
و نکته آخر:
fakhime نوشته شده:چراتولس انجلس رنگین کمان برعکس(یعنی روبه اسمون)تشکیل شده
در مورد رنگین کمانهای برعکس من چیزی ندیدم.شاید از نوع رنگین کمانهای بازتابی حاصل از وجود یخ در ابرهای سیروس باشند که گاهی اشکال غیر عادی دارن(مثلا رنگین کمان صاف یا تکه ای)اگر منبع مشاهده این نوع رنگین کمان رو بگید بهتر میتونیم روش بحث کنیم.
اینهم منبع مطالب : (توصیه میکنم حتما مراجعه کنید و عکسها رو مشاهده کنید.متاسفانه من نتونستم بگذارمشون)
http://en.wikipedia.org/wiki/Rainbow
http://eo.ucar.edu/rainbows
اگه سوالی بود در خدمتم.