کنکور و پایگاه کنکور و کنکورچی و مشاوره کنکور و کارنامه نفرات برتر کنکور و مصاحبه با نفرات برتر کنکور و فیلم های آموزشی کنکور

آشنایی با دنیای رنگین رنگین‌کمان‌ها از بخش زنگ تفریح علمی کنکورچی

آشنایی با دنیای رنگین رنگین‌کمان‌ها

konkurchi346.png (430×290)

اولین کسی که به طور جدی درباره‌ی این مسئله مطالعه کرد رنه دکارت بود . قبل از دکارت کسانی مانند قطب‌الدین شیرازی یا تیودوریک در این‌باره تحقیق کرده بودند . دکارت با توجه به قوانین شکست، همزمان ولی به طور جداگانه از اسنل ( بنیان گذار اصلی قوانین شکست و بازتاب ) به شرح رنگین کمان پرداخت و در سال ۱۶۳۷ نتایج خود را منتشر کرد .

چرا رنگین کمان به وجود می آید:

اول از همه توجه کنیــد کـه قطـره‌هـای آب در حـال سـقوط کروی شکل‌اند، پس به سراغ نحوه برهــم کنـش یـک پرتـو نـور سـفید ، بـا یـک کـره شـفاف مـی‌رویـم . اگر کمـی بـــا چگونگی شکل گیری رنگین کمان آشنا باشید می‌دانیــد کـه رنگین کمان اصلی را مجموعه پرتوهایی که در مرز قطر هوا، دوبار شکسته و یک بــار بـاز تـابیده انـد، مـی سـازند و چـون ضریب شکست آب برای رنگ‌های مختلف متفاوت است، نور سفید در ضمن این شکســت هـا بـه اجـزای رنـگ‌هایش تجزیـه میشود، اما نور خورشید پیوسته است و در تمــام نقـاط رو بـه نور قطره با آن برخورد می کند که شرایط بازتاب و شکســت در هر یک از این نقاط ، متفاوت است.

مثلا پرتو نوری که راستای آن از مرکز قطره می گذرد، بدون شکست وارد آن شده و در سوی دیگر باز تابیده مــی شـود و روی همان مسیر ورودی بــه بـیرون بـر مـی گردد. بـه عبـارت دیگر پرتو به وسیله قطره ۱۸۰ درجه تغییر جهت می دهــد.

در مقابل اگر پرتو نور مماس بر قطره به آن بتابد، می‌توانید ببینید که هنگام ورود به بیشـترین مـیزان ممکـن مـی‌شـکند و پرتـو خروجی با پرتو خروجــی بـا پرتـو ورودی زاویـه حـدود ۱۶۵ درجه می سازد، بررسی بیشتر نشان می‌دهد که در بین این دو وضعیت حدی ، زاویه انحـراف زاویـه بیـن پرتـو خروجـی و ورودی از ۱۸۰ درجه کاهش می یابد بــه مقـدار کمینـه ۱۳۸ درجه می رسد و سپس دوباره تا ۱۶۵ درجه بالا مــی رود.

امـا چون در اطراف مقدار کمینه، تغیـیر زاویـه کـم اسـت، بخـش بزرگی از نور فـرودی ، در حـول و حـوش ایـن زاویـه ۱۳۸ درجه از قطره خارج می شود. به عبــارت دیـگر ، شـدت نـور خروجی در تمام زوایا یکسان نیست و بیشتر نـور رنگینـی کـه از قطره بیرون می رود، با جهت تابش خورشید، زاویه حــدود ۱۳۸ درجه یا معادل آن ۴۲ درجه می سازد. البته ایــن زاویـه، بستگی به رنگ پرتو دارد و بین ۴۰ تا ۴۲ درجه برای رنگ‌های قرمز تا بنفش متفاوت است.

بنابراین می توان تصور کـرد کـه تنها در زوایای حــدود ۴۲ درجـه ، پرتوهـای رنـگی بـه طـور مؤثر از قطره خارج می شوند.حالا تصور شکل رنگین کمــان، کـار سـاده ای اسـت، فـرض کنید در بعد از ظــهر ، خورشـید در حـال تـابش و فضـا پـر از قطره‌های کروی آب است و شما هم پشت به خورشــید و رو به شرق ایستاده اید، در این وضعیت نور رنــگی کـه بـه چشـم شما می رسد، مجموعه نورهای خـارج شـده از تمـام قطراتـی است که خط واصل چشم شما و آنها با راستای نور خورشید، زاویه بین ۴۰ و ۴۲ درجه می سازد.

مکان هندسی این قطره ها مخروطی بــه رأس چشـم شماسـت که نیم زاویه رأس آن حدود ۴۲ درجه است. چیزی که شما از رأس این مخروطی می بینید مقطع آن است، یعنی یک نوار دایره ای به پهنای زاویه ای بین ۴۰ و ۴۲ درجه که رنگهای قرمز تا بنفش را در خــود جـای داده اسـت، البتـه سطح افق، این دایره را قطع می کند و چون قطـرات آب تنـها در هـوا حضـور دارنـد، شـما تنـها کمـانی از یـــک دایــره را میبینید.

این کمان، وقتی پرتو خورشید موازی با افـق اسـت، یعنی هنگام غروب به بیشینه خــود مــی رسـد و بـه نیـم دایـره تبدیل می شود. البته در آســمان و مثـلا از درون هـواپیمـا در شرایط مساعد می تـوان رنگیـن کمـان دایـره ای را هـم دیـد . 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 می‌دهد در حقیقت مطلب را به خوبی توضیح می‌دهد که رنگین کمان دسته ای است از رنگ‌های خم شده کمانی است که مرکز مشترکی دارند.

برای مشاهده بقیه به ادامه مطلب رجوع کنید…

آن طرف رنگین کمان کجاست؟

وقتی در طول بارندگی فقط یک رنگین کمان می بینیم در واقع چند رنگین کمان وجود دارد؟ پاسخ این سؤال آنطور که فکر می کنید ساده نیست! وقتی نور وارد یک قطره آب می شود، در داخل قطره بازتاب کرده، و آنچه به چشم ما باز می تابد رنگین کمان را تشکیل می دهد. هر قطره باران، نوری را که واردش می شود در تمام جهات ممکن بازتابانده و می شکند.

اولین‌بار که نور با قطره برخورد می کند، یک پرتو کسری از آن نور بازتاب می‌کند و و بقیه آن در طول قطره حرکت می‌کنند تا به پشت قطره از سمت داخل برخورد کنند. دوباره، مقداری از نور شکست خورده و مقداری بازتاب می کند. در هر برخورد با سطح داخلی قطره، مقداری از نور باز می تابد و در قطره می ماند، و باقیمانده آن خارج می شود. بنابراین پرتو های نور می توانند بعد از یک، دو، سه بازتاب داخلی یا بیشتر از قطره خارج شوند.

وقتی شما دو رنگین کمان می بینید، اولین یا اصلی ترین کمان در زاویه ۴۲ درجه، با نور قرمز در بیرون و نور بنفش در داخل به طور واضح دیده می شود. کمان دوم همیشه کم رنگ تر بوده و بواسطه بازتاب دوم با رنگهای معکوس (بنفش در بیرون و قرمز در درون) در زاویه ۵۱ تشکیل می شود. اسحاق نیوتن یک معادله ریاضی بر حسب اندازه زاویه رنگین کمانها بعد از بازتاب N اُمِ داخل قطره بدست آورد.

او معتقد بود که در بازتاب سوم نور کافی وجود ندارد که در واقع شخص آنرا ببیند، از اینرو هرگز مسئله را برای ۳=N حل نکرد. ادموند هالی، بعد از نامگذاری ستاره دنباله دار هالی، محاسبات را بر دوش گرفت و کشف کرد که سومین رنگین کمان در زاویه ۴۰ درجه و ۲۰ ثانیه تشکیل می شود، و شگفت زده شد. این رنگین کمان نبایستی در مقابل خورشید تشکیل شود بلکه دور تا دور خورشید تشکیل می شود! دو هزار سال بود که بشر به اشتباه در طرف دیگر آسمان در جستجوی این کمان بود.

چرا آسمان درون رنگین کمان روشن تر به نظر می رسد؟

دقت نمایید که کنتراستی میان رنگ آسمان بیرون و درون کمان رنگین کمان وجود دارد.وقتی کسی انتشار نور خورشید را در قطره آب بررسی می نماید در می یابد تعداد زیادی پرتو با زاویه های کوچکتر از پرتو رنگین کمان خارج می شوند. اما اساساً از یک بازتاب داخلی با زاویه ای بزرگتر از این پرتو نوری وجود ندارد. بنابراین پرتوهای بسیاری از نور در کمان هستند و مقدار کمان هم سوای اینها (در زوایای دیگر) وجود دارد.

زیرا این نور سفید است که ترکیبی است از همه رنگهای رنگین کمان. در رنگین کمان نوع دوم پرتو رنگین کمان کوچکترین زاویه را دارد و پرتوهای بسیاری با زاویه های بزرگتر از آن ظاهر می شوند. بنابراین دو کمان ترکیب شده و ناحیه ای تیره تر مابین خود ایجاد می نمایند که پهنای اسکندر نامیده می شود. به افتخار اسکنر مقدونی که این موضوع را در ۱۸۰۰ سال پیش دریافت.

چه چیزی سبب ایجاد رنگ‌ها در رنگین کمان می‌شوند؟

توضیح سنتی رنگین کمان بیان می‌داشت که رنگین کمان متشکل ازهفت رنگ قرمز، نارنجی ،زرد ،سبر، 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:

پرتو خورشید متشکل از دامنه همه رنگهای قابل دید در گستره بینایی انسان می باشد . رنگهای نور خورشید زمانیکه با یکدیگر ترکیب می گردند سفید به نظر می رسند. این خاصیت نور خورشید نخستین بار توسط سر آیزاک نیوتن در سال ۱۶۶۶ تشریح گردید. نور رنگهای مختلف زمانی که از یک حائل مانند هوا به محیط دیگری مانند آب یا شیشه عبور می کنند به میزان متفاوتی انتشار می یابند.

دکارت و ویلبرورد اسنل محاسبه کرده بودند که نور چگونه زمانیکه از یک محیط به محیط دیگری که چگالی متفاوتی دارد گذر می کند خم یا پراکنده می شود. (مانند گذر نور از هوا به محیط آب) زمانیکه مسیر پرتو نور درون قطره آب را ،برای نورهای قرمز و آبی بررسی می کنیم در می یابیم زاویه انحراف برای این دو رنگ متفاوت است . زیرا نور آبی بیش از نور قرمز خمیده و پراکنده می شود.

این موضوع نشان می دهد زمانی که رنگین کمان و دسته رنگهای آن را مشاهده می کنیم به نوری نگاه کرده ایم که از قطرات مختلف آب پراکنده و بازتابیده شده است. برخی با زاویه ۴۲ درجه دیده می شوند برخی با زاویه ۴۰ درجه و برخی مابین این دو زاویه. رنگین کمان متشکل از دو رنگ اغلب پهنایی برابر با ۲ درجه دارد (در حدود چهار مرتبه بزرگتر از اندازه زاویه ای ماه کامل) . توجه نمایید که با وجود اینکه نور آبی بیش از نور قرمز در یک قطره باران پراکنده می شود، ما نور آبی را در قسمت داخلی تر رنگین کمان مشاهده می نماییم ،زیرا ما از زاویه‌ی دید متفاوت کوچکتر از ۴۰ درجه، برای نور آبی نگاه می کنیم.



شما هم نظری ارسال کنید

ارسال نظر

به نکات زیر توجه کنید

  • نظرات شما پس از بررسی و تایید نمایش داده می شود.
  • لطفا نظرات خود را فقط در مورد مطلب بالا ارسال کنید.

 
دی وی دی های مهندس دربندی
دی وی دی های مهندس در بندی
به ما امتیاز بدهید