چرا رنگین کمان نیم دایره است؟

«تابناک با تو» - رنگین کمان پدیده‌ای فوق العاده زیبایی است که بسیار نادر نیز می‌باشد، برای برخی این موضوع سؤال است که دلیل پیدایش رنگین کمان چه چیزی است و چرا رنگین کمان به شکل هلال و کمان است؟

رنگین کمان‌ها بسیار پدیده‌های زیبایی هستند، اینطور نیست؟ آن بالا در آسمان، قوسی از هفت رنگ را می‌بینید که هر طیف رنگ آن از رنگ بعدی زیباتر و خیره کننده‌تر می‌باشد. رنگین کمان‌ها بسیار نادر هستند، زیرا که لازمه تشکیل آن‌ها یک روز آفتابی و بارانی است. من اغلب تعجب می‌کردم که چرا رنگین کمان‌ها بیش از آنکه در یک خط مستقیم یا حتی یک مربع باشند، همیشه منحنی هستند، اما برای درک صحیح این پدیده طبیعی باید بدانیم که چرا رنگین کمان در وهله اول شکل گرفته است.

پیدایش رنگین کمان

رنگین کمان برای تشکیل، به دو چیز نیاز دارد: قطرات آب و نور خورشید.

در شرایط مناسب، هر قطره آب مانند منشور عمل می‌کند و این بدان معناست که وقتی پرتویی از نور خورشید به قطره برخورد کند، دو اتفاق ممکن است رخ دهد: نور به راحتی عبور می‌کند و یا به شکل کمان در می‌آید، همچنین از سطح پرش می‌کند و سپس هنگامی که بیرون می‌آید دوباره شکل کمان به خود می‌گیرد و نور سفید را به هفت طیف رنگ مشهود که رنگین کمان را تشکیل می‌دهند، بازتاب می‌کند.

منحنی رنگین کمان

رنگین کمان در واقع به شکل نیم دایره یا هلال نیست و دقیقا همان شکلی است که می‌بینیم. در واقع رنگین کمان یک دایره است، اما ما نمی‌توانیم شکل کامل آن را ببینیم، زیرا افق، نیمه پایین آن را قطع می‌کند. با این حال اگر بدون هیچ دردسری در اوج پرواز می‌کردید، در این صورت می‌توانستید رنگین کمان را به شکل کامل ببینید. ظاهر رنگین کمان به مکان ایستادن شما بستگی دارد. اگر حرکت کنید، رنگین کمان نیز حرکت می‌کند. از نظر تک تک افراد نوع دید متفاوت خواهد بود.

برای اینکه شما رنگین کمان را به درستی مشاهده کنید باید پشت به خورشید بایستید و همین طور حضور خورشید باید در آسمان کم باشد. اگر نور خورشید خیلی زیاد باشد، دیگر چیزی نمی‌بینید. زاویه بین پرتو‌های خورشید و راستای پرتو‌هایی که به چشم ما می‌رسد، با توجه به ضریب شکست قطره آب برای رنگ‌های مختلف از ۴۰ تا ۴۲ درجه می‌باشد که همین زاویه علت انحنای رنگین کمان است.

چرا رنگین کمان گرد است؟

برای پاسخ دادن به این سوال باید با دو مفهوم مهم فیزیکی آشنا شویم:

شکست نور: که مسئول رنگ‌های رنگین کمان است.

بازتاب نور: که باعث قوسی شدن رنگین کمان می‌شود.

پدیده شکست نور و رنگ‌ها

در روز‌های روشن و آفتابی همه ما گمان می‌کنیم نور خورشید یک رنگ دارد و آن سفید است، اما در واقع نور خورشید ترکیبی از رنگ‌های مختلف است که ترکیب آن‌ها نور سفید را تشکیل داده است.

از جمله رنگ‌های نور خورشید می‌توان به قرمز، نارنجی، زرد، سبز، آبی، بنفش، نیلی اشاره کرد. نور یک موج است و امواج نوری در اندازه‌های مختلف حرکت می‌کنند که به آن‌ها طول موج می‌گویند.

هر رنگ نور خورشید یک طول موج متفاوت دارد، مثلا طول موج نور بنفش بسیار کوتاه‌تر از طول موج نور قرمز می‌باشد.

نکته بعدی این است که وقتی نور با یک زاویه به آب برخورد می‌کند بعد از عبور، جهتش – زاویه حرکتش – تغییر می‌کند که به این پدیده شکست نور می‌گویند.

مقدار این شکست یا زاویه شکست به رنگ نور بستگی دارد. هر چه طول موج کوتاه‌تر باشد نور بیشتر تغییر جهت می‌دهد، یعنی نور بنفش بیشتر از نور سبز می‌شکند و نور زرد بیشتر از نور قرمز.

شکست نور خورشید در زوایای مختلف باعث می‌شود رنگ‌های آن از هم جدا شود، علت رنگ‌های رنگین کمان هم به دلیل شکست نور بعد از برخورد به قطرات باران موجود در آسمان است.

پدیده بازتاب و کمان رنگین کمان

وقتی نور خورشید به قطرات باران برخورد می‌کند مقداری از این نور از قطره منعکس شده و به سمت شما برمی گردد که به آن بازتاب نور می‌گویند؛ بنابراین وقتی یک رنگین کمان در آسمان می‌بینید در واقع نوری را می‌بینید که به قطرات باران برخورد کرده و به چشم شما بازگشته است.

اما چرا کمانی شکل است؟

برای پاسخ به این سوال ریاضیات وارد عمل می‌شود: نور خورشید پس از برخورد به هر قطره باران در زاویه مشخصی که بین ۴۰ تا ۴۲ درجه است – بسته به طول موج نور رنگی – بازتاب می‌شود و ما تنها نور‌هایی را می‌بینیم که بعد از بازتاب در مسیر آن‌ها قرار گرفته ایم؛ بنابراین ترکیب شکست و بازتاب نور باعث تشکیل یک رنگین کمان زیبا در آسمان می‌شود، برای درک بهتر به تصاویر زیر دقت کنید:

سه نکته مهم!

۱. برای دیدن رنگین کمان باید خورشید پشت سر ما و قطرات باران در مقابل ما قرار داشته باشند
۲. رنگین کمان از تابش نور خورشید به تعداد زیادی قطره باران تشکیل می‌شود، رنگین کمان یک تصویر دو بعدی مسطح روی گنبد آسمان نیست بلکه بیشتر شبیه یک موزائیک است که از تعداد زیادی ذره‌های جدا از هم تشکیل شده و در واقع تصویر سه بعدی است.
۳. رنگین کمان یک حلقه کامل است، اما نمی‌توانیم این حلقه کامل را از روی زمین مشاهده کنیم. زمانی که از زمین به آسمان نگاه می‌کنیم رنگین کمان در جایی که قطرات باران به زمین برخورد می‌کنند قطع می‌شود و ما تنها قسمتی از قوس رنگین کمان را می‌بینیم در حالی که اگر خوش شانس باشیم و بتوانیم رنگین کمان را از آسمان ببینیم آن را به شکل یک دایره کامل خواهیم دید.

در انتها به چند سوال متداول درباره رنگین کمان می‌پردازیم:

چرا رنگین کمان رنگارنگ است؟

نور خورشید سفید است که ترکیبی از همه‌ی رنگ‌های قرمز، نارنجی، زرد، سبز، آبی، نیلی و بنفش است یعنی همه‌ی این رنگ‌ها را درونش دارد.

وقتی نور خورشید دچار شکست میشود رنگ‌های آن تجزیه میشود و به همین دلیل آن را رنگارنگ میبینیم.

آیا میشود به رنگین کمان دست زد؟

رنگین کمان نوری است که از دور قابل مشاهده است و حتی اگر به آن نزدیک شویم دیگر آنرا نخواهیم دید، زیرا رنگین کمان حاصل شکست نور توسط هزاران قطره‌ی باران است و از ترکیب این شکست‌ها این نور حاصل میشود به همین دلیل فقط از دور برای چشم ما قابل درک است

آیا ابتدای رنگین کمان جای خاصی است؟

خیر رنگین کمان یک نور است و از جایی شروع نمیشود و شما هرگز نمیتوانید به محل شروع آن بروید.

چگونه خودمان رنگین کمان درست کنیم؟

برای این کار کافی است در یک روز آفتابی پشت به آفتاب بایستید و با شلنگ آب به صورت قطرات بسیار ریز آب بپاشید، اگر خودتان در سایه باشید رنگین کمان را بهتر خواهید دید.
همچنین میتوانید برای تولید رنگین کمان روی دیوار یک آیینه را درون یک ظرف آب قرار دهید و آن را در مسیر نور آفتاب قرار دهید و سعی کنید نور را به دیواری در سایه بتابانید، با این کار شما نور را تجزیه کرده اید.