گفتار نوزدهم: گروه آموزشي علوم تجربي
 
رنگين كمان
 
مقدمه :
انسان از دوران باستان هميشه در پي كشف اسرار و حقايق پديده هاي مختلف بوده است. در اين ميان پديده هاي آسماني بيشتر مورد توجه متفكران بوده و از آنجا كه انسان ذاتاً زيبايي را دوست دارد به پديده ي رنگين كمان توجه خاصي داشته و هميشه در اين انديشه بوده است كه اين زيبايي وهارموني رنگي نمناك چگونه پديده مي آيد؟
هفت رنگ متفاوت به حالت كماني شكل و موقع اتمام باران در روزهاي آفتابي؟!
اين مسأله همچنان در پرده ي ابهام بود تا اينكه روز يكشنبه در اواخر بهار سال 1664 ميلادي و در شهر كمبريج انگليس راز اين پديده آشكار شد. نيوتن كه به همراه دوستانش به ديدن يك سيرك رفته بود متوجه شيء درخشاني در لباس يكي از شعبده بازان شد او خيره درخشندگي آن شيء شد. سپس او يكي از آنها را خريد و به آزمايشاتي روي آن پرداخت. آن شيء يك منشور بود او توسط نور خورشيد و تاباندن آن به يك منشور توانست نور سفيد را به هفت رنگ متفاوت ، قرمز ، نارنجي ، زرد، سفيد ، آبي ، نيلي و بنفش كه بعد ها آن را طيف ناميد تجزيه كند. اين كشف او راز پيدايش رنگين كمان را آشكار نمود.
براي بررسي بيشتر پديده ي رنگين كمان و علل پيدايش اين قرص روشن در آسمان نيلگون بايد ابتدا قوانين بازتاب را مرور كنيم و بعد پاشيدگي نور سفيد را مورد مطالعه قرار دهيم.
مي دانيم كه در بازتاب ، زاويه تابش با زاويه بازتابش برابر و مساوي است و اگر سطح صاف و مسطح داشته باشيم، همه ي بازتاب ها در يك جهت و با هم موازي تابيده مي شوند ولي اگر سطح ما صاف و مسطح نباشد بازتاب ها هر كدام در جهت هاي مختلف بازتابيده خواهند شد.
 
پاشيدگي نور
تجزيه ي نور سفيد به نورهاي تشكيل دهنده اش را پاشيدگي نور گويند.
نيوتن اولين كسي بود كه نور سفيد را توسط يك منشور به نور ساده تجزيه كرد . آنرا طيف نور سفيد ناميد كه يك طيف پيوسته است. طيف پيوسته طيفي را گويند كه هيچ مرز مشخصي بين رنگهاي آن نباشد.
يك منشور به هنگام تجزيه نور سفيد براي نور قرمز كمترين ضريب شكست و براي نور قرمز كمترين ضريب شكست و براي نور بنفش بيشترين ضريب شكست را از خود نشان مي دهد كه اين امر باعث ترتيب خاصي در تجزيه نور سفيد مي شود.
   در دو منشور مشابه كه يكي نور سفيد را تجزيه مي كند و دومي آنها را با هم تركيب مي كند.
 
   قرص نيوتن صفحه اي دايره اي شكل است كه به چهارده قسمت مساوي تقسيم شده است كه هر قطعه به ترتيب به رنگ هايي از قرمز تا بنفش رنگ آميزي شده است. ( شكل 3)
 
 
اگر اين قرص به سرعت در مقابل چشم ناظر بچرخد به رنگ سفيد مايل به خاكستري ناظر بچرخد به رنگ سفيد مايل به خاكستري به نظر مي رسد . علت اين پديده در واقع اين است كه وقتي قرص به سرعت مي چرخد احساسي از نور قرمز بر روي پرده ي شبكيه چشم ناظر ايجاد شده و لحظه اي دوام مي آورد در همين مدت اندك نورهاي نارنجي ، تا بنفش به شبكيه رسيده و بر روي هم مي افتند . انطباق اين هفت رنگ در يك لحظه باعث مي شود كه ناظر آن را سفيد ببيند.
حال به اين مسئله مي پردازيم كه چگونه رنگين كمان در آسمان پديد مي آيد؟
پرتوهاي نور خورشيد پس از برخورد با قطره هاي باران از جهت هاي مختلف آن خارج مي شوند در واقع اين پرتوها هنگام ورود به داخل قطره كه مثل يك منشور عمل مي كند مي شكنند. با توجه به شكل (4) قسمتي از پرتوها در داخل قطره باز مي تابند و قسمتي در جهت هايي بر قطره به زاويه حد مي رسند. و قسمتي در جهت پرتوهاي بازتابيده مي شود. همين خارج شده قسمت عمده ي پرتو در يك جهت است كه تشكيل رنگين كمان را امكان پذير مي كند كه البته علت اينكه9 خروج پرتوهاي نور در يك جهت معين از سايرجهات بيشتر است قوانين بازتاب و شكست نور مي باشد.
 
 
 
 
 
از شكل پيداست اكثراً پرتوهاي نور خورشيد پس از برخورد با قطره به صورت يك مخروط به عقب بر مي گردند مركز اين مخروط دقيقاً مقابل خورشيد واقع مي باشد كه اين مخروط يك كمان نوراني در مقابل خورشيد بوجود مي آورد كه از روي زمين تنها قسمتي از اين كمان كامل ديده مي شود لبه ي روشن اين كمان است كه رنگين كمان را تشكيل مي دهد. رنگ هاي رنگين كمان به دليل پديده ي شكست كه به رنگ هاي از قرمز تا بنفش مجزا مي شوند. شكل (4) رنگ هاي مختلف نور سفيد در داخل قطره باران سرعت هاي مختلفي را دارند و همچنين طول موج هاي متفاوت بنابراين به جهت هاي مختلف مي شكنند. همين موضوع باعث تجزيه ي رنگ ها مي شود . كساني كه به رنگين كمان نگاه مي كنند چنان محو رنگ ها مي شوند كه عملاً توجهي به قرص درخشان كه همان لبه هاي رنگين كمان است نمي كنند.
منابع:

• مفاهيم فيزيك را چگونه درك كنيم. نويسنده لوئيز ايپشتين
• نور هندسي، انتشارات فاطمي
• نيوتن ، انتشارات كتاب همراه
• كتاب فيزيك (1) اول دبيرستان شركت چاپ و نشر ايران

سال تحصيلي 85-1384