وقتی نور خورشید از قطرات باران عبور می کند، شکسته شده و قطرات باران مانند منشور نور سفید را به رنگ های مختلف تجزیه می کند و باعث به وجود آمدن پدیده ای زیبا و خارق العاده به نام رنگین کمان می شوند.
این پدیده، هنگام بارش باران یا بعد از تمام شدن آن، در آسمان مشاهده می شود. رنگین کمانها در کتاب علوم پایه هشتم توضیح داده شده است. در این مقاله ی نشریه جهان شیمی فیزیک به این موضوع خواهیم پرداخت.
۱- رنگین کمان چیست؟
قطرات باران مانند یک منشور عمل می کنند، طوری که وقتی نور خورشید که نور سفید است و از رنگ های مختلف تشکیل شده، به آن ها می تابد، نور را تجزیه و بازتاب می کنند. هفت رنگ معروف رنگین کمان، رنگ های نیلی، بنفش، آبی، سبز، زرد، نارنجی و قرمز هستند. در واقع رنگین کمان شامل طیفی پیوسته از رنگ ها است.
۲- چرا میزان انحراف رنگ ها در رنگین کمان متفاوت است؟
در رنگین کمان، میزان انحراف و شکستگی رنگ های مختلف با یکدیگر متفاوت است. زیرا میزان انحراف، به طول موج های این رنگ ها بستگی دارد، به طوری که هر چه طول موج کمتر باشد، میزان انحراف بیشتر و هر چه طول موج بیشتر باشد میزان انحراف کمتر خواهد بود. بیشترین میزان انحراف متعلق به نور بنفش با کمترین طول موج و کم ترین میزان، متعلق به نور قرمز رنگ با بیشترین طول موج است.
نکته :
نکته ی دیگر این است که مثلا اگر ناظر، نور آبی خارج شده از یک قطره را ببیند، به دلیل این که نور قرمز خارج شده از آن در مسیری متفاوت از نور آبی حرکت می کند، وی قادر به دیدن نور قرمز تابیده شده از آن قطره نخواهد بود و نور قرمزی که می بیند از قطره ای دیگر بازتاب شده و در کمان، بالای نور آبی قرار می گیرد.
۳- طیف رنگ ها :
رنگ های رنگین کمان شامل طیفی پیوسته از رنگ ها هستند و چشم انسان با رنگ دانه های نوری، این رنگ ها را تفکیک کرده و گیرنده های نوری مغز پاسخ ایجاد می کنند. از آنجایی که در انسان ها قله ی پاسخ این گیرنده ها با هم متفاوت است، آن ها رنگ ها را کمی متفاوت تر از یکدیگر می بینند. افراد کور رنگ می توانند تعداد کمی از رنگ ها را مشاهده کنند. ولی هر انسان عادی در هر کجا که باشد احتمالا ۷ رنگ قرمز، نارنجی، زرد، سبز، آبی، نیلی و بنفش را در رنگین کمان خواهد دید.
۴- زمان تشکیل رنگین کمان ها :
خورشید، قوس رنگین کمانها و ناظر باید در امتداد یک خط مستقیم قرار داشته باشند، تا رنگین کمان تشکیل شده و به چشم ما دیده شود. در واقع باید خورشید از پشت ما به بارانی که در جلوی رویمان می بارد، بتابد. به همین دلیل فقط زمانی که هر سه شرط مهیا باشد، می توانیم رنگین کمان را ببینیم. مثلا اگر خورشید خیلی بالا باشد، رنگین کمان تشکیل نخواهد شد و این پدیده بیشتر صبح زود یا هنگام عصر که خورشید پایین است، مشاهده می شود. زمانی که باران خیلی شدید باشد و قطرات آن درشت باشند، زیبا ترین و شفاف ترین رنگین کمانها ایجاد خواهد شد.
نکته :
نکته ی اول این است که هر کس رنگین کمان مخصوص به خودش را می بیند! چون کمان به شکل دایره است و بسته به جایی که هر فرد ایستاده است و فاصله ی وی از قطرات باران، کمان های متفاوتی می بیند. نکته ی جالب دیگر این است که، یک قطبشگر آن را نامرئی می کند، به طوری که مثلا وقتی با یک فیلتر بنفش نور به رنگین کمان نگاه کنیم، فقط رنگ بنفش را خواهیم دید. چون فقط نور بنفش رنگ از پولوراید عبور کرده و رنگ های دیگر به آن جذب می شوند.
۵- علت کمانی شدن رنگین کمانها :
برای تشکیل رنگین کمان باید نوری که به سطح داخلی قطره ی آب برخورد می کند، با زاویه ای بین ۰ تا ۴۲ درجه به قطره تابیده، سپس در داخل آن پخش شده و به عقب بازتاب شود. در زوایایی که به ۴۲ درجه نزدیک هستند، تابش نور قابل ملاحظه و شدید است. به دلیل این که این درجه، درجه ی بازگشت برای بازتاب نور می باشد. در نتیجه ما پرتوهای نور و پرتو های بازتابی که، زاویه ای نزدیک به ۴۲ دارند را می بینیم.
نکته :
اگر شخصی روی زمین ایستاده باشد و ما مکان تمام قطرات آبی که زاویه ی آن ها برای وی نزدیک ۴۲ درجه و قابل مشاهده است را در نظر داشته باشیم، دایره ای فرضی ایجاد می شود، اما به دلیل این که نصف این دایره بالای سطح افق قرار دارد، این فرد رنگین کمان را به شکل نیم دایره خواهد دید. البته اگر فرد داخل هواپیما یا بالای آبشار باشد، می تواند کمان را به شکل دایره ی کامل مشاهده کند.
۶- روشی جالب و عملی برای درست کردن رنگین کمان :
در روزی گرم و آفتابی پشت به خورشید بایستید و با شیلنگ آب به سمت جلو، آب بپاشید. با این کار، نور آفتاب با برخورد به آب می شکند و رنگین کمانی زیبا ایجاد خواهد شد.
۷- تکین کمان :
وقتی نور هایی مثل بنفش و سبز و آبی که طول موج کوتاه تری دارند، پراکنده می شوند، از طیف نور مرئی حذف شده و فقط نورهایی که طول موج بلندتری دارند، مثل قرمز قابل دیدن می شوند. علت این پدیده پراکندگی قطرات باران است و موجب پدیدار شدن نوعی رنگین کمان زیبا به نام تکین کمان می شود. تکین کمان، هنگام طلوع خورشید و غروب آن ایجاد شده و پدیده ای نادر است.
۸- شبنم کمان :
وقتی نور خورشید به شبنم می تابد، شکسته و پراکنده می شود و همه ی رنگ های موجود در طیف مرئی را ایجاد می کند که شبنم کمان نام دارد و اغلب بیضوی یا به شکل سهمی است.
۹- ماه کمان :
وقتی نور بازتابیده از سطح ماه به ذرات رطوبت موجود در ابر های هوا کره برخورد می کند، شکسته شده و ماه کمان را که با نام های رنگین کمان سپید یا ماهی هم شناخته می شود، ایجاد می کند. از آنجایی که میزان نوری که از ماه بازتابیده می شود کم است وضوح ماه کمان کم بوده و ضعیف می باشد.
۱۰- مه کمان :
مه کمان رنگین کمانی است که حاصل تابیده شدن نور به ذرات کوچکی که مه را می سازند، است. قسمت بیرونی کمان آن قرمز و قسمت داخلی آبی رنگ است. این کمان را ابر کمان یا رنگین کمان سپید نیز می نامند.
۱۱- رنگین کمانهای دوتایی :
نور خورشید می تواند سه بار یا بیشتر از قطرات باران بازتاب شود، ولی ما هیچ گاه رنگین کمان سوم را نخواهیم دید چون نزدیک به خورشید تشکیل شده و نور خورشید مانع از دیده شدن آن می شود. اگر نور دو بار از داخل قطرات باران بازتاب شود، رنگین کمان دوم، در نقطه ی مقابل خورشید تشکیل خواهد شد.
کمان دوم با پهنای دوبرابر و رنگ های عکس کمان اول با زاویه ای حدوداً ۱۰ درجه بیشتر، بالای کمان اولیه تشکیل می شود. به دلیل این که این کمان در نتیجه ی دو بار تابیده شدن نور از سطح قطره ایجاد شده، شدتش ۱۰ برابر از کمان اول کم تر بوده و کمان اول نسبت به آن روشن تر و واضح تر می باشد.
نکته :
همه ی رنگ ها با زوایای یکسانی از قطرات آب بازتاب نمی شوند، نور قرمز و نور بنفش به ترتیب بیشترین و کم ترین انحراف را دارند. گاهی می توان رنگین کمان دوم را محو تر از رنگین کمان اول، در آسمان مشاهده کرد و رنگین کمان سوم نزدیک خورشید تشکیل شده و نمی توانیم آن را ببینیم. به طور کلی پدیده ی تشکیل رنگین کمانها حاصل شکستن و تجزیه ی نور به وسیله ی قطرات آب موجود در هوا می باشد.
