پدیده های مرتبط با شکست نور. بازی نور. قدرت تخیل سنت المو در تاج پرتوهای سبز و هاله

انکسار نور هنگام عبور از آب به هوا

یک چوب فرو رفته در آب، یک قاشق در یک لیوان چای، به دلیل شکست نور در سطح آب، به نظر ما شکسته می شود.

یک سکه در ته ظرف مات قرار دهید تا دیده نشود. حالا آب را داخل ظرف بریزید. سکه قابل مشاهده خواهد بود. توضیح این پدیده از ویدیو مشخص است.

به انتهای مخزن نگاه کنید و سعی کنید عمق آن را تخمین بزنید. اغلب اوقات انجام این کار به درستی امکان پذیر نیست.

اجازه دهید با جزئیات بیشتری بررسی کنیم که اگر از بالا به آن نگاه کنیم چگونه و تا چه اندازه عمق مخزن برای ما کاهش یافته است.

فرض کنید H (شکل 17) عمق واقعی مخزن باشد، که در پایین آن یک شی کوچک، به عنوان مثال یک سنگریزه قرار دارد. نور منعکس شده توسط آن در همه جهات واگرا می شود. پرتو معینی از اشعه در نقطه O از پایین با زاویه a 1 روی سطح آب می ریزد، روی سطح شکسته شده و وارد چشم می شود. مطابق قانون شکست می توانیم بنویسیم:

اما از آنجایی که n 2 = 1، پس n 1 sin a 1 = گناه ϒ 1.

پرتو شکسته شده در نقطه B وارد چشم می شود. توجه داشته باشید که یک پرتو وارد چشم نمی شود، بلکه دسته ای از اشعه ها که سطح مقطع آن توسط مردمک چشم محدود می شود، وارد چشم می شود.

در شکل 17 تیر با خطوط نازک نشان داده شده است. با این حال، این تیر باریک است و می توانیم از مقطع آن غفلت کنیم و آن را به عنوان خط AOB در نظر بگیریم.

چشم A را به نقطه A 1 می فرستد و عمق مخزن به نظر ما برابر با h است.

شکل نشان می دهد که عمق ظاهری مخزن h به مقدار واقعی H و به زاویه دید ϒ 1 بستگی دارد.

اجازه دهید این وابستگی را به صورت ریاضی بیان کنیم.

از مثلث های AOC و A 1 OC داریم:

با حذف سیستم عامل از این معادلات، به دست می آوریم:

با توجه به اینکه a = ϒ 1 و sin ϒ 1 = n 1 sin a 1 = n sin a، به دست می آوریم:

در این فرمول، وابستگی عمق ظاهری مخزن h به عمق واقعی H و زاویه مشاهده به صراحت ظاهر نمی شود. برای ارائه واضح تر این وابستگی، اجازه دهید آن را به صورت گرافیکی بیان کنیم.

در نمودار (شکل 18)، مقادیر زوایای مشاهده بر حسب درجه در امتداد محور آبسیسا و اعماق ظاهری مربوطه h در کسری از عمق واقعی H در امتداد محور ارتین رسم شده است. منحنی حاصل نشان می دهد که در زوایای مشاهده کوچک، عمق ظاهری

حدود ¾ مقدار واقعی است و با افزایش زاویه دید کاهش می یابد. هنگامی که زاویه دید a = 47 درجه باشد، بازتاب داخلی کامل رخ می دهد و پرتو نمی تواند از آب فرار کند.

سراب ها

در یک محیط ناهمگن، نور به صورت غیر خطی حرکت می کند. اگر محیطی را تصور کنیم که در آن ضریب شکست از پایین به بالا تغییر می کند و آن را به صورت ذهنی به لایه های افقی نازک تقسیم می کنیم،

سپس با در نظر گرفتن شرایط شکست نور هنگام عبور از لایه ای به لایه دیگر، توجه می کنیم که در چنین محیطی پرتو نور باید به تدریج جهت خود را تغییر دهد (شکل 19، 20).

پرتو نور در جو دچار چنین خمشی می شود که در آن به دلایلی، عمدتاً به دلیل گرمایش ناهموار، ضریب شکست هوا با ارتفاع تغییر می کند (شکل 21).

هوا معمولاً توسط خاک گرم می شود که انرژی اشعه های خورشید را جذب می کند. بنابراین دمای هوا با افزایش ارتفاع کاهش می یابد. همچنین مشخص است که چگالی هوا با ارتفاع کاهش می یابد. مشخص شده است که با افزایش ارتفاع، ضریب شکست کاهش می یابد، بنابراین پرتوهایی که از جو عبور می کنند، خم می شوند و به سمت زمین خم می شوند (شکل 21). این پدیده را شکست نرمال جوی می نامند. به دلیل انکسار، اجرام آسمانی تا حدودی در بالای افق "برافراشته" (بالاتر از ارتفاع واقعی خود) به نظر می رسند.

محاسبه شده است که انکسار اتمسفر اجسامی را که در ارتفاع 30 درجه در 40 اینچ قرار دارند، در ارتفاع 15 درجه در 3 اینچ ZO و در ارتفاع 5 درجه در 9 اینچ 45 "بالا می برد". برای اجسام واقع در افق این مقدار به 35 می رسد." این ارقام بسته به فشار و دمای جو در یک جهت منحرف می شوند اما به دلایلی در لایه های بالایی جو ممکن است توده هایی وجود داشته باشد. هوای با دمای بالاتر از لایه‌های پایین‌تر. آنها را می‌توان با بادهایی از کشورهای گرم، به عنوان مثال، از یک منطقه گرم بیابانی آورد. اگر در این زمان هوای سرد و متراکم یک آنتی‌سیکلون در لایه‌های پایین‌تر وجود داشته باشد، آنگاه این پدیده انکسار می تواند به طور قابل توجهی تشدید شود و پرتوهای نوری که از اجسام زمینی به سمت بالا در یک زاویه خاص نسبت به افق بیرون می آیند، می توانند به زمین برگردند (شکل 22).

با این حال، ممکن است اتفاق بیفتد که در سطح زمین، به دلیل گرمای شدید آن، هوا آنقدر داغ شود که ضریب شکست نور در نزدیکی خاک کمتر از ارتفاع معینی از خاک شود. اگر هوا آرام باشد، این وضعیت می تواند برای مدت زمان زیادی ادامه یابد. سپس پرتوهای اجسامی که با زاویه نسبتاً بزرگی به سطح زمین می افتند، می توانند آنقدر خم شوند که با تشریح یک کمان در نزدیکی سطح زمین، از پایین به بالا می روند (شکل 23a). مورد نشان داده شده در شکل 236 نیز امکان پذیر است.

شرایط توصیف شده در بالا در جو، وقوع پدیده های جالب - سراب های جوی را توضیح می دهد. این پدیده ها معمولاً به سه دسته تقسیم می شوند. دسته اول شامل رایج ترین و ساده ترین سراب ها به نام سراب های دریاچه ای (یا پایین تر) است که باعث امیدواری و ناامیدی مسافران کویر می شود.

گاسپارد مونگ، ریاضی‌دان فرانسوی، که در لشکرکشی مصر در سال 1798 شرکت کرد، برداشت‌های خود از این دسته از سراب‌ها را شرح می‌دهد:

هنگامی که سطح زمین به شدت توسط خورشید گرم می شود و قبل از شروع گرگ و میش تازه شروع به خنک شدن می کند، زمین آشنا دیگر مانند روز به افق امتداد نمی یابد، بلکه همانطور که به نظر می رسد در حدود یک لیگ می چرخد. به یک سیل مداوم

روستاهای دورتر مانند جزایری در یک دریاچه وسیع به نظر می رسند. زیر هر دهکده انعکاس واژگون آن است، فقط تیز نیست، جزییات کوچک دیده نمی شود، مثل انعکاس در آب که باد تکان می دهد. اگر شروع به نزدیک شدن به روستایی کنید که به نظر می رسد توسط سیل احاطه شده است، ساحل آب خیالی دور می شود، بازوی آبی که ما را از روستا جدا می کرد به تدریج باریک می شود تا زمانی که کاملاً ناپدید می شود و دریاچه ... اکنون از پشت شروع می شود. این روستا، روستاهای واقع شده را در خود منعکس می کند» (شکل 24).

توضیح این پدیده ساده است. لایه‌های پایین‌تر هوا که از خاک گرم می‌شوند، هنوز فرصتی برای بالا آمدن نداشته‌اند. ضریب شکست نور آنها کمتر از ضریب شکست نور است. بنابراین، پرتوهای نوری که از اجسام ساطع می شوند (مثلاً از نقطه B روی درخت خرما، شکل 23a)، در هوا خم می شوند، از پایین وارد چشم می شوند. چشم پرتویی را به نقطه B 1 می تاباند. همین امر در مورد پرتوهایی که از نقاط دیگر جسم می‌آیند نیز اتفاق می‌افتد. به نظر ناظر جسم واژگون شده است.

آب از کجا می آید؟ آب بازتابی از آسمان است.

برای دیدن سراب نیازی به رفتن به آفریقا نیست. می توان آن را در یک روز گرم و آرام تابستانی در بالای سطح گرم یک بزرگراه آسفالت مشاهده کرد.

سراب های دسته دوم را سراب های دید برتر یا دور می گویند. "معجزه ناشنیده" توصیف شده توسط N.V. Gogol شبیه به آنها است. در اینجا شرح چند سراب از این دست است.

از کوت دازور فرانسه، در یک صبح زود صاف، از آبهای دریای مدیترانه، از آن سوی افق، زنجیره تاریکی از کوه ها برمی خیزد که ساکنان آن کورس را می شناسند. فاصله تا کورس بیش از 200 کیلومتر است، بنابراین خط دید قابل بحث نیست.

در سواحل انگلیس، نزدیک هاستینگز، می توانید سواحل فرانسه را ببینید. همانطور که طبیعت‌شناس نی دیگو گزارش می‌دهد، «در نزدیکی رجیو در کالابریا، روبروی سواحل سیسیلی و شهر مسینا، مناطق ناآشنا با گله‌های چرا، بیشه‌های سرو و قلعه‌ها گاهی در هوا قابل مشاهده هستند. پس از مدت کوتاهی در هوا، سراب ها ناپدید می شوند.

سراب‌های دید دور در صورتی ظاهر می‌شوند که لایه‌های بالایی جو به دلایلی نادر باشند، مثلاً وقتی هوای گرم به آنجا برسد. سپس پرتوهای ساطع شده از اجسام زمینی با شدت بیشتری خم می شوند و به سطح زمین می رسند و با زاویه زیادی به سمت افق می روند. چشم ناظر آنها را در جهتی که وارد آن می شوند، به بیرون می فرستد.

ظاهراً بیابان صحرا مقصر این واقعیت است که تعداد زیادی سراب بینایی دور در سواحل مدیترانه مشاهده می شود. توده‌های هوای گرم از بالای آن بالا می‌روند، سپس به سمت شمال می‌روند و شرایط مساعدی را برای وقوع سراب ایجاد می‌کنند.

سراب های برتر نیز در کشورهای شمالی هنگام وزش بادهای گرم جنوبی مشاهده می شوند. لایه های بالایی جو گرم می شوند و لایه های پایینی به دلیل وجود توده های بزرگ یخ و برف در حال ذوب سرد می شوند.

گاهی اوقات تصاویر جلو و عقب از اجسام به طور همزمان مشاهده می شود. شکل های 25-27 دقیقاً چنین پدیده هایی را نشان می دهد که در عرض های جغرافیایی قطب شمال مشاهده شده اند. ظاهراً در بالای زمین لایه‌های متراکم‌تر و کمیاب‌تری از هوا وجود دارد که تقریباً همانطور که در شکل 26 نشان داده شده است، پرتوهای نور را خم می‌کنند.

توضیح سراب های کلاس سوم - دید فوق العاده دوربرد - دشوار است. در اینجا به شرح چند مورد از آنها می پردازیم.

K. Flamarion در کتاب "Atmosphere" می نویسد: "بر اساس شهادت چندین شخص قابل اعتماد، من می توانم در مورد سرابی که در شهر Verviers (بلژیک) در ژوئن 1815 مشاهده شد گزارش کنم. یک روز صبح اهالی شهر لشکری را در آسمان دیدند و آنقدر روشن بود که لباس توپخانه ها را تشخیص دادند، توپی با چرخ شکسته که نزدیک بود بیفتد... صبح نبرد بود. از واترلو!» فاصله واترلو و ورویه در یک خط مستقیم 105 کیلومتر است.

مواردی وجود دارد که سراب در فاصله 800، 1000 یا بیشتر کیلومتر مشاهده شده است.

اجازه دهید یک مورد قابل توجه دیگر را بیان کنیم. در شب 27 مارس 1898، در وسط اقیانوس آرام، خدمه کشتی برمن ماتادور از یک رویایی ترسیدند. حوالی نیمه شب، خدمه کشتی را در حدود 3.2 کیلومتر دورتر دیدند که در حال نبرد با طوفان شدید بود.

با توجه به اینکه آرامش در اطراف حاکم بود، این تعجب آورتر بود. کشتی از مسیر ماتادور عبور کرد و لحظاتی بود که به نظر می رسید برخورد بین کشتی ها اجتناب ناپذیر است... خدمه ماتادور دیدند که چگونه در طی یک برخورد موج شدید با یک کشتی ناشناس، نور در کاپیتان کابین بیرون رفت که تمام مدت در دو دریچه قابل مشاهده بود. پس از مدتی کشتی ناپدید شد و باد و امواج را با خود برد.

موضوع بعداً مشخص شد. معلوم شد که همه اینها با کشتی دیگری اتفاق افتاده است که در زمان "چشم انداز" در 1700 کیلومتری ماتادور قرار داشت.

نور چه مسیرهایی را در جو طی می کند تا تصاویر واضحی از اجسام در چنین فواصل زیادی حفظ شود؟ هنوز پاسخ دقیقی برای این سوال وجود ندارد. پیشنهاداتی در مورد تشکیل لنزهای هوایی غول پیکر در جو، تأخیر سراب ثانویه، یعنی سراب از سراب ارائه شد. این امکان وجود دارد که یونوسفر * در اینجا نقش داشته باشد و نه تنها امواج رادیویی، بلکه امواج نور را نیز منعکس کند.

ظاهراً، پدیده‌های توصیف‌شده منشأ مشابهی با دیگر سراب‌های مشاهده‌شده در دریاها دارند که «هلندی پرنده» یا «فتا مورگانا» نامیده می‌شوند، زمانی که ملوانان کشتی‌های شبح‌واری را می‌بینند که ناپدید می‌شوند و ترس را در افراد خرافاتی ایجاد می‌کنند.

رنگين كمان

رنگین کمان یک پدیده زیبای آسمانی است که همواره توجه انسان ها را به خود جلب کرده است. در زمان های قبلی، زمانی که مردم هنوز اطلاعات کمی در مورد دنیای اطراف خود داشتند، رنگین کمان به عنوان یک "نشانه آسمانی" در نظر گرفته می شد. بنابراین، یونانیان باستان فکر می کردند که رنگین کمان لبخند الهه آیریس است.

رنگین کمان در جهت مخالف خورشید، در پس زمینه ابرهای بارانی یا باران مشاهده می شود. یک قوس چند رنگ معمولاً در فاصله 1-2 کیلومتری ناظر قرار دارد، گاهی اوقات می توان آن را در فاصله 2-3 متری در پس زمینه قطرات آب ایجاد شده توسط فواره ها یا اسپری های آب مشاهده کرد.

مرکز رنگین کمان در ادامه خط مستقیمی که خورشید و چشم ناظر را به هم متصل می کند - روی خط ضد خورشیدی قرار دارد. زاویه بین جهت به سمت رنگین کمان اصلی و خط ضد خورشیدی 41-42 درجه است (شکل 28).

در لحظه طلوع خورشید نقطه ضد خورشید (نقطه M) روی خط افق قرار دارد و رنگین کمان به شکل نیم دایره است. با طلوع خورشید، نقطه ضد خورشید به زیر افق حرکت می کند و اندازه رنگین کمان کاهش می یابد. این فقط بخشی از یک دایره را نشان می دهد. برای ناظری که در بالا قرار دارد، به عنوان مثال در. در هواپیما، رنگین کمان به صورت یک دایره کامل با سایه ناظر در مرکز دیده می شود.

اغلب یک رنگین کمان ثانویه، متحدالمرکز با اولی، با شعاع زاویه ای حدود 52 درجه و آرایش معکوس رنگ ها مشاهده می شود.

هنگامی که ارتفاع خورشید 41 درجه است، رنگین کمان اصلی دیگر قابل مشاهده نیست و تنها بخشی از رنگین کمان جانبی بالای افق بیرون می زند و زمانی که ارتفاع خورشید بیش از 52 درجه باشد، رنگین کمان جانبی نیز قابل مشاهده نیست. بنابراین، در عرض های جغرافیایی میانه و استوایی این پدیده طبیعی هرگز در ساعات ظهر مشاهده نمی شود.

رنگین کمان، مانند طیف، دارای هفت رنگ اصلی است که به آرامی به یکدیگر تبدیل می شوند. نوع قوس، روشنایی رنگ ها و پهنای نوارها به اندازه قطرات آب و تعداد آنها بستگی دارد. قطره های بزرگ رنگین کمان باریک تری با رنگ های به شدت برجسته ایجاد می کنند؛ قطره های کوچک یک قوس مبهم، محو و حتی سفید ایجاد می کنند. به همین دلیل است که یک رنگین کمان باریک روشن در تابستان پس از رعد و برق قابل مشاهده است که در طی آن قطرات بزرگ می ریزند.

تئوری رنگین کمان اولین بار در سال 1637 توسط R. Descartes ارائه شد. وی رنگین کمان را پدیده ای مرتبط با انعکاس و شکست نور در قطرات باران توضیح داد.

شکل‌گیری رنگ‌ها و توالی آنها بعداً پس از کشف ماهیت پیچیده نور سفید و پراکندگی آن در محیط توضیح داده شد. نظریه پراش رنگین کمان توسط Ehry و Pertner ارائه شد.

بیایید ساده ترین حالت را در نظر بگیریم: اجازه دهید پرتوی از پرتوهای موازی خورشیدی بر روی قطره ای به شکل توپ بیفتد (شکل 29). یک پرتو بر روی سطح یک قطره در نقطه A بر اساس قانون شکست در داخل آن شکست می شود: n 1 sin a = n 2 sin β، که در آن n 1 = 1، n 2 ≈ 1.33 ضریب شکست هوا و آب، به ترتیب، a زاویه تابش، β زاویه شکست نور است.

در داخل قطره، پرتو در امتداد خط مستقیم AB حرکت می کند. در نقطه B، پرتو تا حدی شکست و تا حدی منعکس می شود. توجه داشته باشید که هر چه زاویه تابش در نقطه B و در نتیجه در نقطه A کمتر باشد، شدت پرتو بازتابی کمتر و شدت پرتو شکسته بیشتر می شود.

پرتو AB پس از انعکاس در نقطه B، از زاویه β 1 " = β 1 عبور می کند و به نقطه C می رسد، جایی که بازتاب جزئی و شکست جزئی نور نیز رخ می دهد. می تواند بیشتر به نقطه D و غیره حرکت کند. بنابراین، یک پرتو نور در یک قطره دچار بازتاب و شکست مکرر می شود. با هر بازتاب، مقداری از پرتوهای نور بیرون می آیند و شدت آنها در داخل قطره کاهش می یابد. شدیدترین پرتوها ظاهر می شوند. در هوا پرتویی است که در نقطه B از قطره خارج می شود. با این حال، مشاهده آن دشوار است، زیرا در پس زمینه نور مستقیم خورشید از بین می رود. پرتوهای شکسته شده در نقطه C یک رنگین کمان اولیه را در پس زمینه ابر تاریک و پرتوها در نقطه D شکست می‌خورند

یک رنگین کمان ثانویه ایجاد کنید، که، همانطور که در بالا آمده، شدت کمتری نسبت به رنگین کمان اولیه دارد.

برای مورد K=1، Θ = 2 (59°37" - 40°26") + 1 = 137°30" به دست می آید.

بنابراین، زاویه دید یک رنگین کمان مرتبه اول:

φ 1 = 180 درجه - 137 درجه 30 اینچ = 42 درجه 30 اینچ

برای پرتو DE که یک رنگین کمان مرتبه دوم می دهد، یعنی در حالت K = 2، داریم:

Θ = 2 (59 درجه و 37 اینچ - 40 درجه و 26 اینچ) + 2 = 236 درجه و 38 اینچ

زاویه دید مرتبه دوم رنگین کمان φ 2 = 180 درجه - 234 درجه 38 " = - 56 درجه 38 ".

از این نتیجه می شود (این را می توان از شکل مشاهده کرد) که در مورد مورد بررسی، یک رنگین کمان درجه دوم از روی زمین قابل مشاهده نیست. برای اینکه قابل مشاهده باشد، نور باید از پایین وارد قطره شود (شکل 30، ب).

از تصاویر مشخص است که ترتیب رنگ ها در این کمان ها مخالف است.

اغلب ما یک رنگین کمان را می بینیم. اغلب مواردی وجود دارد که دو نوار رنگین کمان به طور همزمان در آسمان ظاهر می شوند که یکی بالای دیگری قرار دارند. با این حال، آنها به ندرت، و تعداد حتی بیشتر از کمان های آسمانی رنگین کمان - سه، چهار و حتی پنج را در همان زمان مشاهده می کنند. این پدیده جالب توسط لنینگرادها در 24 سپتامبر 1948 مشاهده شد، زمانی که بعد از ظهر چهار رنگین کمان در میان ابرها بر فراز نوا ظاهر شد. به نظر می رسد که رنگین کمان می تواند نه تنها از نور مستقیم خورشید ایجاد شود. اغلب در پرتوهای منعکس شده خورشید ظاهر می شود. این را می توان در سواحل خلیج های دریایی، رودخانه های بزرگ و دریاچه ها مشاهده کرد. سه یا چهار رنگین کمان از این دست - معمولی و منعکس شده - گاهی اوقات تصویر زیبایی را ایجاد می کنند. از آنجایی که پرتوهای خورشید منعکس شده از سطح آب از پایین به بالا می روند، رنگین کمان تشکیل شده در این پرتوها گاهی اوقات می تواند کاملاً غیرعادی به نظر برسد.

نباید فکر کنید رنگین کمان فقط در روز دیده می شود. در شب نیز اتفاق می افتد، اگرچه همیشه ضعیف است. شما می توانید چنین رنگین کمانی را بعد از باران شبانه ببینید، زمانی که ماه از پشت ابرها ظاهر می شود.

در آزمایش زیر می توان برخی از شباهت های رنگین کمان را به دست آورد. یک فلاسک آب بردارید، آن را با نور خورشید یا یک لامپ از سوراخی در یک تخته سفید روشن کنید. سپس یک رنگین کمان به وضوح روی تخته قابل مشاهده خواهد بود (شکل 31، a)، و زاویه واگرایی پرتوها در مقایسه با جهت اولیه حدود 41-42 درجه خواهد بود (شکل 31،6). در شرایط طبیعی، هیچ صفحه نمایشی وجود ندارد، تصویر روی شبکیه چشم ظاهر می شود و چشم این تصویر را بر روی ابرها پخش می کند.

اگر یک رنگین کمان در عصر قبل از غروب خورشید ظاهر شود، رنگین کمان قرمز مشاهده می شود. در پنج یا ده دقیقه آخر قبل از غروب آفتاب، تمام رنگ های رنگین کمان به جز قرمز ناپدید می شوند و حتی ده دقیقه بعد از غروب خورشید بسیار روشن و قابل مشاهده می شود.

رنگین کمان روی شبنم منظره زیبایی است.

می توان آن را در طلوع خورشید روی چمن پوشیده از شبنم مشاهده کرد. این رنگین کمان شبیه هذلولی است.

هالموس

با نگاه کردن به رنگین کمان در یک علفزار، ناخواسته متوجه هاله ای شگفت انگیز از نور بی رنگ خواهید شد - هاله ای که سایه سر شما را احاطه کرده است. این یک توهم نوری یا یک پدیده کنتراست نیست. وقتی سایه روی جاده می افتد، هاله ناپدید می شود. توضیح این پدیده جالب چیست؟ قطرات شبنم قطعا نقش مهمی در اینجا بازی می کند، زیرا وقتی شبنم ناپدید می شود، پدیده ناپدید می شود.

برای پی بردن به علت این پدیده آزمایش زیر را انجام دهید. یک فلاسک کروی پر از آب بردارید و آن را در نور خورشید قرار دهید. اجازه دهید او نماینده یک قطره باشد. یک تکه کاغذ را در پشت فلاسک نزدیک به آن قرار دهید که به عنوان علف عمل می کند. به لامپ با زاویه کم نسبت به جهت پرتوهای فرودی نگاه کنید. شما آن را خواهید دید که توسط پرتوهای منعکس شده از کاغذ روشن شده است. این پرتوها تقریباً دقیقاً به سمت پرتوهای خورشید می روند که روی لامپ می افتند. چشمان خود را کمی به پهلو بگیرید و نور روشن لامپ دیگر قابل مشاهده نیست.

در اینجا ما با یک پرتو پراکنده، بلکه با یک پرتوی هدایت شده از نور که از یک نقطه روشن روی کاغذ ساطع می شود، سروکار داریم. لامپ به عنوان یک عدسی عمل می کند و نور را به سمت ما هدایت می کند.

پرتوی از پرتوهای موازی خورشیدی، پس از شکست در یک لامپ، تصویری کم و بیش متمرکز از خورشید را به شکل یک نقطه روشن بر روی کاغذ می دهد. به نوبه خود، مقدار زیادی از نور ساطع شده از نقطه توسط لامپ گرفته می شود و پس از شکست در آن، به سمت خورشید هدایت می شود، از جمله به چشم ما، زیرا ما پشت به خورشید می ایستیم. معایب نوری لنز ما - لامپ - مقداری شار نور پراکنده را فراهم می کند، اما هنوز هم شار اصلی نوری که از یک نقطه روشن روی کاغذ منتشر می شود به سمت خورشید هدایت می شود. اما چرا نور منعکس شده از تیغه های علف سبز نیست؟

رنگ مایل به سبز کمی دارد، اما اساساً سفید است، درست مانند نوری که به طور جهت از سطوح رنگ‌آمیزی صاف بازتاب می‌شود، مانند انعکاس‌های یک تخته گچی سبز یا زرد یا شیشه‌های رنگی.

اما قطرات شبنم همیشه کروی نیستند. ممکن است تحریف شوند. سپس برخی از آنها نور را به طرفین هدایت می کنند، اما از چشم می گذرد. قطرات دیگر، مانند قطرات نشان داده شده در شکل 33، دارای شکلی هستند که نوری که بر روی آنها می افتد، پس از یک یا دو انعکاس، به سمت خورشید هدایت می شود و به چشم ناظری که پشت به آن ایستاده است وارد می شود.

در نهایت، یک توضیح مبتکرانه دیگر در مورد این پدیده باید متذکر شد: فقط آن دسته از برگ‌های علف که نور مستقیم خورشید روی آنها می‌افتد، یعنی آن‌هایی که توسط برگ‌های دیگر خورشید پوشیده نمی‌شوند، نور را به‌طور جهت منعکس می‌کنند. اگر در نظر بگیریم که برگ های اکثر گیاهان همیشه صفحه خود را به سمت خورشید می چرخانند، بدیهی است که تعداد زیادی از این برگ های بازتابنده وجود خواهد داشت (شکل 33، e). بنابراین، هاله‌ها را می‌توان در غیاب شبنم، روی سطح یک علفزار هموار یا زمین فشرده مشاهده کرد.

گزیده ای از 20 مورد از زیباترین پدیده های طبیعی مرتبط با بازی نور را به شما معرفی می کنیم. واقعاً پدیده های طبیعی غیرقابل توصیف هستند - باید آن را ببینید! =)

اجازه دهید به طور مشروط همه دگرگونی های نور را به سه زیر گروه تقسیم کنیم. اولی آب و یخ، دومی پرتوها و سایه ها و سومی تضادهای نور است.

آب و یخ

"قوس نزدیک افقی"

این پدیده به عنوان "رنگین کمان آتش" نیز شناخته می شود. هنگامی که نور از طریق بلورهای یخ در ابرهای سیروس شکسته می شود، در آسمان ایجاد می شود. این پدیده بسیار نادر است، زیرا هم بلورهای یخ و هم خورشید باید دقیقاً در یک خط افقی باشند تا چنین انکساری تماشایی رخ دهد. این نمونه بسیار موفق در سال 2006 در آسمان Spokane در واشنگتن دی سی ثبت شد.

چند نمونه دیگر از رنگین کمان های آتشین

هنگامی که خورشید از بالا به یک کوهنورد یا شیء دیگر می تابد، سایه ای بر روی مه پخش می شود و شکل مثلثی بزرگ شده عجیبی ایجاد می کند. این اثر با نوعی هاله در اطراف جسم همراه است - دایره های رنگی نوری که وقتی نور خورشید توسط ابری از قطرات آب یکسان منعکس می شود، دقیقاً در مقابل خورشید ظاهر می شوند. این پدیده طبیعی به این دلیل نام خود را دریافت کرد که به دلیل مه های مکرر در این منطقه اغلب در قله های کم ارتفاع آلمانی بروکن مشاهده می شد که برای کوهنوردان کاملاً قابل دسترسی است.

به طور خلاصه - این یک رنگین کمان وارونه است =) مانند یک صورتک چند رنگی عظیم در آسمان است) این معجزه به دلیل شکست پرتوهای خورشید از طریق کریستال های یخ افقی در ابرهایی با شکل خاص به دست می آید. این پدیده در نقطه اوج، به موازات افق متمرکز است، محدوده رنگ از آبی در اوج تا قرمز به سمت افق است. این پدیده همیشه به صورت یک قوس دایره ای ناقص است. دایره کامل این وضعیت کمان پیاده نظام استثنایی است که برای اولین بار در سال 2007 در فیلم ثبت شد.

کمان مه آلود

این هاله عجیب از پل گلدن گیت در سانفرانسیسکو مشاهده شد - شبیه یک رنگین کمان تماما سفید بود. این پدیده مانند رنگین کمان به دلیل انکسار نور از طریق قطرات آب در ابرها ایجاد می شود، اما بر خلاف رنگین کمان، به دلیل کوچک بودن قطرات مه، به نظر می رسد کمبود رنگ وجود دارد. بنابراین ، رنگین کمان بی رنگ است - فقط سفید) ملوانان اغلب آنها را به عنوان "گرگ دریایی" یا "قوس مه آلود" می نامند.

هاله رنگین کمان

هنگامی که نور به عقب پراکنده می شود (مخلوطی از انعکاس، شکست و پراش) به منبع خود، قطرات آب در ابرها، سایه یک جسم بین ابر و منبع را می توان به نوارهای رنگی تقسیم کرد. شکوه همچنین به عنوان زیبایی غیرزمینی ترجمه شده است - نامی نسبتاً دقیق برای چنین پدیده طبیعی زیبایی) در برخی از مناطق چین، این پدیده حتی نور بودا نامیده می شود - اغلب با روح براکن همراه است. در عکس، نوارهای رنگی زیبا به طور موثر سایه هواپیما را در مقابل ابر احاطه کرده است.

هاله‌ها یکی از معروف‌ترین و رایج‌ترین پدیده‌های نوری هستند و در پوشش‌های مختلفی ظاهر می‌شوند. شایع ترین پدیده پدیده هاله خورشیدی است که در اثر شکست نور توسط بلورهای یخ در ابرهای سیروس در ارتفاع بالا ایجاد می شود و شکل و جهت خاص کریستال ها می تواند تغییری در ظاهر هاله ایجاد کند. در هوای بسیار سرد، هاله‌هایی که توسط کریستال‌های نزدیک زمین تشکیل شده‌اند، نور خورشید را بین خود منعکس می‌کنند و آن را همزمان به چندین جهت می‌فرستند - این اثر به عنوان "غبار الماس" شناخته می‌شود.

وقتی خورشید دقیقاً در زاویه مناسب پشت ابرها قرار می گیرد، قطرات آب در آنها نور را می شکنند و یک دنباله شدید ایجاد می کنند. رنگ‌آمیزی، مانند رنگین کمان، توسط طول موج‌های مختلف نور ایجاد می‌شود - طول موج‌های مختلف به درجات مختلف شکست می‌شوند و زاویه شکست و در نتیجه رنگ‌های نور همانطور که ما آنها را درک می‌کنیم، تغییر می‌دهند. در این عکس رنگین کمانی ابر با رنگین کمانی تیز رنگی همراه است.

چند عکس دیگر از این پدیده

ترکیب ماه کم و آسمان تاریک اغلب کمان های قمری را ایجاد می کند که اساساً رنگین کمانی است که توسط نور ماه تولید می شود. آنها که در انتهای مخالف آسمان از ماه ظاهر می شوند، معمولاً به دلیل رنگ های ضعیف کاملاً سفید به نظر می رسند، اما عکاسی با نوردهی طولانی می تواند رنگ های واقعی را به تصویر بکشد، همانطور که در این عکس در پارک ملی یوسمیتی، کالیفرنیا گرفته شده است.

چند عکس دیگر از رنگین کمان قمری

این پدیده به صورت یک حلقه سفید رنگ که آسمان را احاطه کرده است، همیشه در همان ارتفاع بالای افق با خورشید ظاهر می شود. معمولاً می توان فقط قطعاتی از کل تصویر را گرفت. میلیون ها کریستال یخ که به صورت عمودی چیده شده اند، اشعه های خورشید را در سراسر آسمان منعکس می کنند تا این پدیده زیبا را ایجاد کنند.

به اصطلاح خورشیدهای کاذب اغلب در کناره های کره حاصل ظاهر می شوند، مانند این عکس

رنگین کمان ها می توانند اشکال مختلفی داشته باشند: کمان های متعدد، کمان های متقاطع، کمان های قرمز، کمان های یکسان، کمان هایی با لبه های رنگی، راه راه های تیره، "پره ها" و بسیاری موارد دیگر، اما وجه مشترک آنها این است که همه آنها به رنگ ها تقسیم می شوند - قرمز. نارنجی، زرد، سبز، آبی، نیلی و بنفش. آیا از دوران کودکی "خاطره" چیدمان رنگ ها در رنگین کمان را به خاطر دارید - هر شکارچی می خواهد بداند قرقاول کجا نشسته است؟ =) رنگین کمان ها زمانی ظاهر می شوند که نور از طریق قطرات آب در جو شکسته می شود، اغلب در هنگام باران، اما مه یا مه نیز می توانند اثرات مشابهی ایجاد کنند و بسیار نادرتر از آن چیزی هستند که تصور می شود. در همه زمان‌ها، بسیاری از فرهنگ‌های مختلف معانی و توضیحات زیادی را به رنگین کمان نسبت داده‌اند، به عنوان مثال، یونانیان باستان معتقد بودند که رنگین‌کمان‌ها راهی به سوی بهشت هستند و ایرلندی‌ها معتقد بودند که در جایی که رنگین کمان به پایان می‌رسد، لپرکان گلدان خود را دفن می‌کند. طلا =)

اطلاعات بیشتر و عکس های زیبا در مورد رنگین کمان را می توانید پیدا کنید

پرتوها و سایه ها

تاج یک نوع جو پلاسمایی است که یک جسم نجومی را احاطه کرده است. معروف‌ترین نمونه از چنین پدیده‌ای، تاج اطراف خورشید در هنگام خسوف کامل است. هزاران کیلومتر در فضا گسترش یافته و حاوی آهن یونیزه شده است که تقریباً یک میلیون درجه سانتیگراد گرم شده است. در طول ماه گرفتگی، نور درخشان آن خورشید تاریک شده را احاطه می کند و به نظر می رسد که تاجی از نور در اطراف تابش ظاهر می شود.

هنگامی که نواحی تاریک یا موانع نفوذپذیر، مانند شاخه‌های درخت یا ابر، پرتوهای خورشید را فیلتر می‌کنند، پرتوها ستون‌های کاملی از نور ایجاد می‌کنند که از یک منبع واحد در آسمان ساطع می‌شوند. این پدیده که اغلب در فیلم‌های ترسناک استفاده می‌شود، معمولاً در سپیده‌دم یا غروب مشاهده می‌شود و حتی اگر پرتوهای خورشید از میان نوارهای یخ شکسته عبور کند، می‌توان آن را در زیر اقیانوس نیز مشاهده کرد. این عکس زیبا در پارک ملی یوتا گرفته شده است

چند نمونه دیگر

فاتا مورگانا

برهم کنش بین هوای سرد نزدیک سطح زمین و هوای گرم درست در بالای آن می‌تواند به عنوان یک عدسی انکساری عمل کند و تصویر اجسام در افق را وارونه کند، که در طول آن تصویر واقعی به نظر می‌رسد در نوسان است. در این عکس که در تورینگن آلمان گرفته شده، به نظر می رسد که افق دوردست به کلی ناپدید شده است، اگرچه قسمت آبی جاده صرفاً بازتابی از آسمان بالای افق است. این ادعا که سراب ها تصاویر کاملاً ناموجودی هستند که فقط برای افرادی که در بیابان گم شده اند ظاهر می شوند، نادرست است، احتمالاً با اثرات کم آبی شدید که می تواند باعث توهم شود اشتباه گرفته شود. سراب ها همیشه بر اساس اشیاء واقعی هستند، اگرچه درست است که ممکن است به دلیل اثر سراب نزدیکتر به نظر برسند

انعکاس نور توسط کریستال های یخ با سطوح صاف تقریباً کاملاً افقی، یک پرتو قوی ایجاد می کند. منبع نور می تواند خورشید، ماه یا حتی نور مصنوعی باشد. یک ویژگی جالب این است که ستون رنگ آن منبع را خواهد داشت. در این عکس که در فنلاند گرفته شده است، نور نارنجی خورشید در غروب خورشید ستونی به همان اندازه نارنجی رنگ و زیبا ایجاد می کند.

چند "ستون خورشیدی" دیگر)

تضاد نور

برخورد ذرات باردار در جو فوقانی اغلب الگوهای نوری باشکوهی را در نواحی قطبی ایجاد می کند. رنگ به محتوای عنصری ذرات بستگی دارد - بیشتر شفق‌های قطبی به دلیل اکسیژن سبز یا قرمز به نظر می‌رسند، اما نیتروژن گاهی اوقات ظاهری آبی یا بنفش عمیق ایجاد می‌کند. در عکس - شفق قطبی معروف یا شفق شمالی، به نام الهه رومی سپیده دم شفق قطبی و خدای یونان باستان باد شمال بوریاس.

این همان چیزی است که شفق شمالی از فضا به نظر می رسد

دنباله تراکم

مسیرهای بخار که هواپیما را در سراسر آسمان دنبال می کند، برخی از خیره کننده ترین نمونه های دخالت انسان در جو است. آنها یا توسط اگزوز هواپیما یا گرداب های هوا از بال ها ایجاد می شوند و فقط در دمای سرد در ارتفاعات بالا ظاهر می شوند و به قطرات یخ و آب متراکم می شوند. در این عکس، دسته ای از کنتریل ها از آسمان عبور می کنند و نمونه ای عجیب از این پدیده غیرطبیعی را ایجاد می کنند.

بادهای بلند، موج موشک‌ها را خم می‌کنند و ذرات اگزوز کوچک آن‌ها نور خورشید را به رنگ‌های روشن و کمانی تبدیل می‌کنند که گاهی توسط همان بادها هزاران کیلومتر قبل از اینکه سرانجام از بین بروند، منتقل می‌شوند. این عکس آثار موشک Minotaur را نشان می دهد که از پایگاه نیروی هوایی ایالات متحده در واندنبرگ، کالیفرنیا پرتاب شده است.

آسمان، مانند بسیاری دیگر از چیزهای اطراف ما، نور قطبی شده ای را که جهت الکترومغناطیسی خاصی دارد، پخش می کند. قطبش همیشه بر خود مسیر نور عمود است و اگر فقط یک جهت قطبش در نور وجود داشته باشد، می گویند نور به صورت خطی قطبی شده است. این عکس با یک لنز فیلتر زاویه باز پلاریزه گرفته شده است تا نشان دهد بار الکترومغناطیسی در آسمان چقدر هیجان انگیز به نظر می رسد. توجه کنید که آسمان نزدیک افق چه سایه ای دارد و در بالای آن چه رنگی دارد.

این پدیده که از نظر فنی با چشم غیرمسلح قابل مشاهده نیست، با باز گذاشتن دوربین با لنز برای حداقل یک ساعت یا حتی یک شبه قابل ثبت است. چرخش طبیعی زمین باعث می شود که ستارگان آسمان در سراسر افق حرکت کنند و مسیرهای قابل توجهی در پی آنها ایجاد کنند. تنها ستاره در آسمان عصر که همیشه در یک مکان است، البته قطبی است، زیرا در واقع در یک محور با زمین قرار دارد و ارتعاشات آن فقط در قطب شمال قابل مشاهده است. همین امر در جنوب نیز صادق است، اما هیچ ستاره ای به اندازه کافی درخشان برای مشاهده اثر مشابه وجود ندارد

و اینم عکسی از قطب)

نور مثلثی ضعیفی که در آسمان غروب دیده می‌شود و به سمت آسمان امتداد می‌یابد، نور زودیاکال به‌راحتی توسط آلودگی نور جو یا نور ماه پنهان می‌شود. این پدیده ناشی از انعکاس نور خورشید از ذرات غبار در فضا است که به عنوان غبار کیهانی شناخته می شود، بنابراین طیف آن کاملاً مشابه طیف منظومه شمسی است. تابش خورشید باعث می شود ذرات گرد و غبار به آرامی رشد کنند و یک صورت فلکی باشکوه از نورها را ایجاد کند که به زیبایی در سراسر آسمان پراکنده شده اند.

مثل میان کفن های ابری شفاف

بالای پیاز گل آذین و پیاز گرد است

توسط رسول جونو تجلیل شد،

و توسط بیرونی درونی تشکیل می شود.

رنگین کمان در معرض دید است - معمولاً به صورت دو قوس رنگی مشاهده می شود (دو کمان گل آذین که دانته در مورد آن می نویسد) و در قوس بالایی رنگ ها به این ترتیب از بالا به پایین مرتب شده اند: بنفش ، آبی ، روشن. آبی، سبز، زرد، نارنجی، قرمز، و در قوس پایین، برعکس، از قرمز به بنفش. برای یادآوری دنباله آنها، عبارات یادگاری وجود دارد، حروف اول هر کلمه که در آن با حروف اول نام رنگ مطابقت دارد، به عنوان مثال، این عبارت "هر شکارچی می خواهد بداند قرقاول کجا نشسته است" یا عبارت دیگر است. ، نه کمتر معروف "چگونه ژان بلر یک بار فانوس را با سرش خراب کرد". درست است، سنت شناسایی 7 رنگ در رنگین کمان جهانی نیست. به عنوان مثال، بلغاری ها 6 رنگ در رنگین کمان خود دارند.

رنگین کمان یک فرصت منحصر به فرد برای مشاهده در شرایط طبیعی تجزیه نور سفید به یک طیف را فراهم می کند.

رنگین کمان ها معمولاً بعد از باران ظاهر می شوند، زمانی که خورشید بسیار کم است. جایی بین خورشید و ناظر هنوز باران می بارد. نور خورشید که از قطره های آب می گذرد، مانند منشورهای کوچک به طور مکرر در آنها منعکس و شکسته می شود و پرتوهایی با رنگ های مختلف در زوایای مختلف از قطره ها خارج می شود. این پدیده را پراکندگی (یعنی تجزیه) نور می نامند. در نتیجه، یک کمان رنگی روشن تشکیل می شود (و در واقع شیب دار است؛ کل آن را می توان از یک هواپیما دید).

گاهی اوقات دو و کمتر سه قوس چند رنگ به طور همزمان مشاهده می شود. اولین رنگین کمان توسط پرتوهایی ایجاد می شود که یک بار در داخل قطرات منعکس می شوند، دومی توسط پرتوهایی که دو بار منعکس می شوند، و غیره. در سال 1948، در لنینگراد (سن پترزبورگ کنونی)، چهار رنگین کمان در میان ابرها بر فراز نوا ظاهر شد.

ظاهر رنگین کمان، روشنایی رنگ ها و پهنای نوارها به اندازه و تعداد قطرات آب در هوا بستگی دارد. یک رنگین کمان درخشان در تابستان پس از رعد و برق رخ می دهد که در طی آن قطرات بزرگ می ریزند. به عنوان یک قاعده، چنین رنگین کمانی آب و هوای خوبی را نشان می دهد.

در یک شب روشن مهتابی می توانید رنگین کمانی را از ماه ببینید. زمانی که باران می بارد، رنگین کمان در نور ماه کامل ظاهر می شود. از آنجایی که دید انسان به گونه ای طراحی شده است که در نور کم حساس ترین گیرنده های چشم - "میله ها" - رنگ را درک نمی کنند، رنگین کمان قمری سفید به نظر می رسد. هرچه نور روشن تر باشد، رنگین کمان (گیرنده های رنگ - "مخروط") "رنگی" تر در درک آن گنجانده می شود.

رنگین کمان آتش

ماریان اریکسون، ساکن سوئد، خوش شانس بود که او را دید. رنگین کمانی در آسمان شب کشیده شد و برای یک دقیقه زیر ماه کامل ایستاد.

نشانه ها و افسانه ها.

روزی روزگاری، شخصی شروع به تعجب کرد که چرا رنگین کمان در آسمان ظاهر می شود. در آن روزها، آنها حتی در مورد اپتیک چیزی نشنیده بودند. به همین دلیل است که مردم اسطوره ها و افسانه ها را مطرح کردند و همچنین خرافات زیادی وجود داشت. در اینجا به برخی از آنها اشاره می کنیم:

در اساطیر اسکاندیناوی، رنگین کمان پل بیفراست است که میدگارد (دنیای مردم) و آسگارد (دنیای خدایان) را به هم متصل می کند.
در اساطیر هند باستان - کمان ایندرا، خدای رعد و برق و رعد و برق.
در اساطیر یونان باستان - جاده زنبق، پیام آور بین جهان خدایان و مردم.
بر اساس اعتقادات اسلاوها، رنگین کمان مانند مار، آب را از دریاچه ها، رودخانه ها و دریاها می نوشد و سپس باران می بارد.
لپرکان ایرلندی یک گلدان طلا را در محلی که رنگین کمان به زمین برخورد کرده است پنهان می کند.
بر اساس باورهای چوواش، اگر از رنگین کمان عبور کنید، می توانید جنسیت خود را تغییر دهید.
در کتاب مقدس، رنگین کمان پس از سیل جهانی به عنوان نمادی از بخشش برای بشریت ظاهر شد.
افراد خرافاتی معتقد بودند که رنگین کمان یک فال بد است. آنها معتقد بودند که ارواح مردگان در امتداد رنگین کمان به دنیای دیگر می روند و اگر رنگین کمان ظاهر می شود به معنای مرگ قریب الوقوع کسی است.

تاریخچه توضیح رنگین کمان.

قبلاً ارسطو، فیلسوف یونان باستان، سعی کرد علت رنگین کمان را توضیح دهد. و ستاره شناس ایرانی قطب الدین شیرازی (1236-1311) و شاید شاگردش کمال الدین فارسی (1260-1320) ظاهراً اولین کسانی بودند که توضیح نسبتاً دقیقی از این پدیده ارائه کردند.

تصویر فیزیکی کلی رنگین کمان قبلاً توسط مارک آنتونی دومینیس (1611) به وضوح توصیف شده بود.

M.A. دومینیس

بر اساس مشاهدات تجربی، او به این نتیجه رسید که رنگین کمان در نتیجه انعکاس از سطح داخلی یک قطره باران و شکست مضاعف - در ورودی قطره و در خروجی از آن ایجاد می شود. رنه دکارت در اثر خود «متئورا» در فصل «درباره رنگین کمان» (1635) توضیح کامل تری از رنگین کمان ارائه کرد.

رنه دکارت

دکارت می نویسد:

اولاً، وقتی در نظر گرفتم که رنگین کمان می تواند نه تنها در آسمان، بلکه در هوای نزدیک ما نیز ظاهر شود، هر زمان که قطرات آبی که توسط خورشید در آن روشن می شود، همانطور که گاهی اوقات در فواره ها دیده می شود، احساس می کنم سهولت به این نتیجه رسید که بستگی به این دارد که پرتوهای نور بر روی این قطره‌ها اثر می‌گذارند و از آن‌ها به چشم ما می‌رسند؛ علاوه بر این، دانستن کروی بودن این قطره‌ها و دیدن اینکه با قطرات بزرگ و کوچک همیشه رنگین کمان ظاهر می‌شود. به همین ترتیب هدفم ایجاد یک قطره بسیار بزرگ برای اینکه بتوانم آن را بهتر بررسی کنم برای این کار یک ظرف شیشه ای بزرگ کاملا گرد و کاملا شفاف را از آب پر کردم و به نتیجه گیری زیر..."

این نتیجه گیری نتیجه به دست آمده توسط دومینیس را تکرار و اصلاح می کند. به طور خاص، دکارت کشف کرد که رنگین کمان دوم (خارجی) از دو شکست و دو بازتاب ناشی می شود. او همچنین با مقایسه انکسار نور در یک قطره با شکست در یک منشور شیشه ای، ظاهر رنگ های رنگین کمان را به صورت کیفی توضیح داد. شکل 1 که مسیر پرتو در یک قطره را توضیح می دهد، برگرفته از اثر فوق الذکر دکارت است. اما شایستگی اصلی دکارت این بود که او این پدیده را با استفاده از قانون شکست نور به صورت کمی توضیح داد:

من هنوز نمی‌دانستم چرا رنگ‌ها فقط در زوایای خاصی ظاهر می‌شوند، تا اینکه یک خودکار برداشتم و مسیر تمام پرتوهایی را که در نقاط مختلف یک قطره آب می‌افتند محاسبه کردم تا بفهمم از چه زوایایی می‌توانند وارد ما شوند. چشم پس از دو شکست و یک یا دو انعکاس.سپس دریافتم که پس از یک بازتاب و دو انکسار، پرتوهای بسیار بیشتری وجود دارد که با زاویه 41 درجه تا 42 درجه (با توجه به پرتو خورشید) قابل مشاهده هستند. در هر زاویه کوچکتری دیده می شود و هیچ زاویه ای وجود ندارد که با زاویه بزرگتر قابل مشاهده باشد. علاوه بر این، من همچنین دریافتم که پس از دو انعکاس و دو انکسار، اشعه های بیشتری با زاویه 51 درجه تا 52 به چشم می افتند. درجه نسبت به آنهایی که در هر زاویه ای بزرگتر سقوط می کنند، و اصلاً هیچ کدام با زاویه کمتر سقوط می کنند."

بنابراین، دکارت نه تنها مسیر پرتوها را محاسبه می کند، بلکه توزیع زاویه ای شدت نور پراکنده شده توسط قطرات را نیز تعیین می کند.

در مورد رنگ ها، این نظریه توسط اسحاق نیوتن گسترش یافت.

اسحاق نیوتن

اگرچه طیف رنگین کمان پیوسته است، اما طبق سنت به 7 رنگ تقسیم می شود. اعتقاد بر این است که اسحاق نیوتن اولین کسی بود که عدد 7 را انتخاب کرد، که عدد 7 برای او معنای نمادین خاصی داشت (به دلایل فیثاغورثی، الهیاتی یا مرگ شناسی).

در سخنرانی های معروف اپتیک که در دهه 70 قرن 16 نوشته شد، اما پس از مرگ نیوتن در سال 1729 منتشر شد، خلاصه زیر آورده شده است:
"از پرتوهایی که وارد توپ می شوند، برخی پس از یک بازتاب، برخی دیگر پس از دو انعکاس، آن را ترک می کنند؛ پرتوهایی پس از سه انعکاس و حتی بازتاب های بیشتری ظاهر می شوند. از آنجایی که قطرات باران نسبت به فاصله تا چشم ناظر بسیار کوچک هستند، ارزش آن را ندارد. به هیچ وجه اندازه آنها را در نظر می گیرد، اما فقط زوایایی را که توسط پرتوهای فرود با پرتوهای در حال ظهور تشکیل می شود، در نظر می گیرد. در جایی که این زوایا بزرگ ترین یا کوچک ترین هستند، پرتوهای نوظهور بیشترین تمرکز را دارند. و کوچکترین زوایای آن، پس پرتوها متراکم ترین هستند، کسانی که در مکان های مختلف جمع می شوند، تمایل به نمایش رنگ های خود را دارند."

گفته نیوتن در مورد امکان در نظر نگرفتن اندازه قطره و همچنین سخنان دکارت که با قطرات بزرگ و کوچک رنگین کمان همیشه به یک شکل ظاهر می شود، نادرست بود. یک نظریه کامل از رنگین کمان، با در نظر گرفتن پراش نور، که به نسبت طول موج نور و اندازه قطره بستگی دارد، تنها در قرن 19 توسط J.B. ایری (1836) و جی.ام. پرنتر (1897).

انکسار و انعکاس پرتو در یک قطره آب.

نقاشی دکارت که ما آن را به عنوان یادگار بازتولید کردیم، یک نقص «روش شناختی» دارد. برای یک خواننده آموزش ندیده، ممکن است به نظر برسد که هر دو رنگین کمان، بیرونی و درونی، توسط روش های مختلف بازتاب در یک قطره ایجاد می شوند. بهتر است دو قطره را به تصویر بکشید: یکی متعلق به رنگین کمان پایین، دیگری به بالا، و هر کدام را با یک روش انعکاس باقی می‌گذارد، همانطور که در شکل نشان داده شده است. 2. برای سهولت درک، در هر دو مورد جهت تابش پرتو خورشید به قطره به عنوان محور آبسیسا در نظر گرفته می شود. مختصات y که نقطه تابش پرتو بر روی افت را مشخص می کند، پارامتر ضربه نامیده می شود.

از شکل در شکل 2، مشاهده می شود که یک پرتو تابشی با یک بازتاب می تواند توسط ناظر درک شود اگر تنها نقطه تابش به بالای افت اشاره داشته باشد (y > 0). برعکس، با دو انعکاس این امکان برای آن دسته از پرتوهایی که در قسمت پایین قطره می افتند (y< 0).

اجازه دهید ابتدا فرض کنیم که قطره در یک صفحه عمودی است که از موقعیت خورشید و چشمان ناظر عبور می کند. سپس حادثه، پرتوهای شکسته و منعکس شده در همان صفحه قرار دارند. اگر α 1 زاویه تابش و α 2 زاویه انکسار باشد، از شکل. 2، a و b، زاویه پرتو ظهور نسبت به فرودی در حالت اول برابر با φ 1 = 4α 2 -2α 1 (1) خواهد بود.
و در دوم - φ 2 = π - 6α 2 + 2α 1 (2)
و طبق قانون شکست: sin α 2 = sin α 1 /n
جایی که n در مورد ما ضریب شکست آب است. علاوه بر این، با در نظر گرفتن شعاع قطره به عنوان واحد طول، داریم:

بر این اساس در مورد اول و دوم. بنابراین از (1) و (2) بدست می آوریم
φ 1 = 4 آرکسین (y/n) - 2 کمان y، y> 0 (3)
φ 2 = π + 6 کمان (y/n) - 2 کمان y، y<0 (4)

این دو معادله اصلی برای بررسی بیشتر هستند. رسم زوایای φ 1 و φ 2 به عنوان تابعی از y دشوار نیست. آنها در شکل نشان داده شده اند. 3 برای ضریب شکست n=1.331 (قرمز). می بینیم که وقتی پارامتر ضربه y≈0.85 باشد، حداکثر زاویه φ 1 تقریباً برابر با 42 درجه است، و زاویه حداقل ~53 درجه در y≈-0.95 است. اجازه دهید نشان دهیم که این نقاط افراطی با حداکثر شدت نور منعکس شده توسط قطره مطابقت دارد.

اجازه دهید یک بازه کوچک معینی از تغییرات پارامتر ضربه را در نظر بگیریم (در مورد اول خاص است) y, y + Δy. با استفاده از نمودار، می توانید تغییر زاویه φ را در این بازه Δφ بیابید. در شکل 3 می توان دید Δφ=Δy*tg β، که β زاویه ای است که مماس بر نمودار در یک نقطه معین با محور آبسیسا ایجاد می کند. مقدار Δy متناسب با شدت نور ΔI در افت این فاصله پارامتر ضربه است. همان شدت نور (به طور دقیق تر، مقداری متناسب با آن) با یک افت در بازه زاویه ای Δφ پراکنده می شود. می توانیم ΔI ~ Δy =Δy*ctg β بنویسیم. بنابراین، شدت نور پراکنده شده توسط یک قطره در واحد زاویه پراکندگی را می توان به صورت I(φ) = ΔI/Δφ ~ cot β (5) بیان کرد.

از آنجایی که در نقاط افراطی ctg β = ∞، کمیت (5) به بی نهایت می رود. توجه داشته باشید که موقعیت این نقاط افراطی برای رنگ های مختلف کمی متفاوت است که به ما امکان می دهد رنگین کمان را مشاهده کنیم.

چگونه یک رنگین کمان بکشیم

اکنون می توانیم نمودار مشاهده رنگین کمان را رسم کنیم. این ساختار در شکل نشان داده شده است. 4. ابتدا سطح زمین و ناظری که روی آن ایستاده است را ترسیم می کنیم. جلوی ناظر پرده ای از باران است (به رنگ خاکستری). سپس پرتوهای خورشید را به تصویر می کشیم که جهت آن به ارتفاع خورشید در بالای افق بستگی دارد. از طریق چشم ناظر، پرتوهای قرمز و بنفش را در زوایای بالا نسبت به پرتوهای خورشید هدایت می کنیم. از نتایج بخش قبل می توان مطمئن بود که این پرتوها در نتیجه پراکندگی توسط قطرات باران مربوطه به وجود می آیند. در همان زمان، همانطور که از شکل زیر است. 2، رنگین کمان پایین توسط فرآیندهای پراکندگی با یک بازتاب، و بالا - با دو بازتاب ایجاد می شود. به تناوب رنگ ها توجه کنید: پرتوهای بنفش خارجی و قرمز داخلی هستند. بدیهی است که پرتوهای رنگ های دیگر در هر رنگین کمان با توجه به مقادیر ضریب شکست بین قرمز و بنفش قرار می گیرند.

به یاد بیاوریم که تا به حال تصویر رنگین کمان در یک صفحه عمودی که از چشم ناظر عبور می کند و موقعیت خورشید را در نظر گرفته ایم. بیایید یک خط مستقیم از چشم ناظر به موازات پرتو خورشید رسم کنیم. اگر صفحه عمودی حول خط مستقیم نشان داده شده بچرخد، موقعیت جدید آن برای مشاهده رنگین کمان کاملاً معادل حالت اصلی خواهد بود. بنابراین، یک رنگین کمان شکل یک کمان دایره ای دارد که مرکز آن بر روی محور ساخته شده قرار دارد. شعاع این دایره (همانطور که در شکل 4 مشاهده می شود) تقریباً برابر با فاصله ناظر تا پرده باران است.

توجه داشته باشید که هنگام مشاهده رنگین کمان، خورشید نباید بیش از حد بالای افق باشد - بیش از 53.48 درجه. در غیر این صورت، الگوی پرتوها در شکل در جهت عقربه های ساعت می چرخد، به طوری که حتی اشعه بنفش رنگین کمان بالایی نیز نمی تواند به چشم ناظری که روی زمین ایستاده است برسد. درست است، اگر ناظر به ارتفاع معینی، به عنوان مثال در هواپیما، برود، این امکان پذیر خواهد بود. اگر ناظر به اندازه کافی بلند شود، می تواند رنگین کمان را به شکل یک دایره کامل ببیند.

نمودار تشکیل رنگین کمان

نمودار تشکیل رنگین کمان
1) کروی یک قطره 2) داخلی انعکاس 3) رنگین کمان اولیه
4) انکسار 5) رنگین کمان ثانویه 6) پرتو نور ورودی
7) سیر پرتوها در طول تشکیل رنگین کمان اولیه

8) سیر پرتوها در طول تشکیل یک رنگین کمان ثانویه
9) ناظر 10) منطقه تشکیل رنگین کمان اولیه
11) ناحیه تشکیل رنگین کمان ثانویه 12) ابر قطرات

این توصیف از رنگین کمان باید با در نظر گرفتن این واقعیت روشن شود که پرتوهای خورشید کاملاً موازی نیستند. این به دلیل این واقعیت است که پرتوهایی که از نقاط مختلف خورشید به قطره می تابند، جهت های کمی متفاوت دارند. حداکثر واگرایی زاویه ای پرتوها توسط قطر زاویه ای خورشید تعیین می شود که تقریباً 0.5 درجه شناخته شده است. این به چه چیزی منجر می شود؟ هر قطره نوری را به چشم ناظر ساطع می کند که آنقدرها که پرتوهای فرودنده کاملاً موازی بودند، تک رنگ نیست. اگر قطر زاویه ای خورشید به طور محسوسی بیشتر از فاصله زاویه ای بین پرتوهای بنفش و قرمز بود، رنگ های رنگین کمان قابل تشخیص نبودند. خوشبختانه اینطور نیست، اگرچه همپوشانی پرتوهای با طول موج های مختلف بدون شک بر کنتراست رنگ های رنگین کمان تأثیر می گذارد. جالب است که قطر زاویه ای محدود خورشید قبلاً در کار دکارت در نظر گرفته شده بود.

ما با مهربانی از شما می خواهیم که مقالاتی را از اینترنت ارسال نکنید - آنها را می توان توسط موتورهای جستجو پیدا کرد. مقاله خود، جالب و منحصر به فرد خود را بنویسید. عکس بگیرید و کارهای آزمایشگاهی فیزیک یا شیمی را شرح دهید، عکس محصول خانگی خود را ارسال کنید ....
ارسال مقالات به [ایمیل محافظت شده]

رنگين كمان

فرآیند اصلی که توسط آن یک رنگین کمان ظاهر می شود، شکست (انکسار) یا "خم شدن" نور است. نور هنگامی که از محیطی به محیطی دیگر حرکت می کند خم می شود یا به عبارت بهتر جهت خود را تغییر می دهد. رنگین کمان به این دلیل رخ می دهد که نور در محیط های مختلف با سرعت های متفاوتی حرکت می کند.

برای اینکه بفهمیم نور چگونه خم می شود، یک مثال ساده می زنیم. تصور کنید که یک گاری را در امتداد یک پارکینگ هل می دهید. پارکینگ یکی از "محیط های" گاری است. اگر یک گاری را با نیروی ثابت حرکت دهید، سرعت آن به محیطی که در آن حرکت می کند - در این مورد، آسفالت یک پارکینگ بستگی دارد. اما اگر این گاری در محیطی متفاوت قرار گیرد، مثلاً رانندگی از روی حاشیه و روی چمن، سرعت چگونه تغییر می کند؟ چمن یک "محیط" متفاوت برای گاری است. گاری روی چمن بسیار کندتر از روی آسفالت حرکت می کند. همه چیز در مورد مقاومت است و از آنجایی که مقاومت روی چمن بسیار بیشتر از پیاده رو است، برای حرکت دادن گاری باید نیروی بیشتری اعمال کنید.

اما اگر گاری را با زاویه در امتداد چمن فشار دهید، چرخش آن تغییر می کند. اگر چرخ سمت راست ابتدا به چمن برخورد کند، سرعت آن کاهش می یابد، در حالی که چرخ سمت چپ حتی سریعتر روی پیاده رو حرکت می کند. به همین دلیل، گاری در حالی که روی چمن در حال حرکت است شروع به خم شدن به سمت چپ می کند. اما به محض اینکه گاری را از محوطه چمن به پیاده رو منتقل می کنید، یک چرخ سریعتر از دیگری شروع به چرخش می کند و گاری به دور خود می چرخد.

با همین اصل، یک پرتو نور وقتی به یک منشور شفاف برخورد می کند خم می شود. یک طرف موج نور کمی کندتر از طرف دیگر است، بنابراین پرتو با زاویه متفاوتی از سطح مشترک هوا-شیشه عبور می کند (در اصل پرتو نور از سطح منشور منعکس می شود). نور با خروج از منشور دوباره می چرخد زیرا یک طرف نور سریعتر از طرف دیگر حرکت می کند.

علاوه بر فرآیند خمش نور، یک منشور نور سفید را به رنگ های اجزای آن جدا می کند. هر رنگ نور سفید فرکانس مشخصه خود را دارد که باعث می شود رنگ ها هنگام عبور از منشور با سرعت های متفاوتی حرکت کنند.

رنگی که در شیشه به آرامی شکسته می شود، با ورود به منشور از هوا بیشتر خم می شود، زیرا رنگ در محیط های مختلف با سرعت های متفاوتی حرکت می کند. حرکت سریعتر رنگ در شیشه به طور قابل توجهی ضعیف نمی شود، بنابراین آنقدر خم نمی شود. به همین دلیل، تمام رنگ های رنگین کمان که نور سفید را تشکیل می دهند، هنگام عبور از شیشه با فرکانس از هم جدا می شوند. اگر شیشه دو بار نور را شکست دهد، مانند یک منشور، شخص می تواند تمام رنگ های جدا شده از نور سفید را بسیار بهتر ببیند. این پراکندگی نامیده می شود.

قطرات باران می توانند نور را شکسته و پراکنده کنند، همانطور که در داخل منشور انجام می دهند. تحت شرایط خاص، در نتیجه چنین شکست نور، رنگین کمانی در آسمان ظاهر می شود.

در باورهای مذهبی مردمان باستان، رنگین کمان را به نقش پلی بین زمین و آسمان نسبت می دادند. در اساطیر یونانی-رومی، حتی یک الهه خاص رنگین کمان شناخته شده است - زنبق. دانشمندان یونانی آناکسیمنس و آناکساگوراس معتقد بودند که رنگین کمان از انعکاس خورشید در یک ابر تاریک ایجاد شده است. ارسطو در بخش خاصی از هواشناسی خود ایده هایی را در مورد رنگین کمان بیان کرد. او معتقد بود که رنگین کمان به دلیل انعکاس نور رخ می دهد، اما نه فقط از کل ابر، بلکه از قطرات آن.

در سال 1637، دکارت، فیلسوف و دانشمند مشهور فرانسوی، نظریه ریاضی رنگین کمان را بر اساس شکست نور ارائه کرد. متعاقباً، این نظریه توسط نیوتن بر اساس آزمایشاتش در مورد تجزیه نور به رنگ ها با استفاده از یک منشور تکمیل شد. نظریه دکارت که توسط نیوتن تکمیل شد، نمی‌توانست وجود همزمان چندین رنگین کمان، عرض‌های مختلف آنها، عدم وجود رنگ‌های خاص در خطوط رنگی یا تأثیر اندازه قطرات ابر بر ظاهر پدیده را توضیح دهد. نظریه دقیق رنگین کمان، بر اساس ایده هایی در مورد پراش نور، در سال 1836 توسط ستاره شناس انگلیسی D. Airy ارائه شد. ایری با در نظر گرفتن پرده باران به عنوان یک ساختار فضایی که وقوع پراش را تضمین می کند، تمام ویژگی های رنگین کمان را توضیح داد. نظریه او اهمیت خود را برای زمان ما کاملاً حفظ کرده است.

رنگین کمان یک پدیده نوری است که در جو ظاهر می شود و مانند یک کمان چند رنگ در فلک به نظر می رسد. در مواردی مشاهده می شود که پرتوهای خورشید پرده ای از باران را که در سمت آسمان مقابل خورشید قرار دارد روشن می کند. مرکز کمان رنگین کمان در جهت خط مستقیمی است که از قرص خورشیدی (حتی اگر از رصد ابرها پنهان باشد) و چشم ناظر، یعنی. در نقطه مقابل خورشید قوس رنگین کمان بخشی از دایره ای است که در اطراف این نقطه با شعاع 42 درجه 30 اینچ (در ابعاد زاویه ای) توصیف شده است.

یک ناظر گاهی اوقات می تواند چندین رنگین کمان را به طور همزمان ببیند - اصلی، فرعی و فرعی. رنگین کمان اصلی یک کمان رنگی بر روی قطرات پوشش باران در حال فروکش است و همیشه از سمت آسمان در مقابل خورشید ظاهر می شود. هنگامی که خورشید در افق است، ارتفاع لبه بالایی رنگین کمان اصلی به صورت زاویه ای 42 درجه 30 است. هنگامی که خورشید از افق طلوع می کند، قسمت قابل مشاهده رنگین کمان کاهش می یابد. هنگامی که خورشید به ارتفاع 42 درجه می رسد. 30"، رنگین کمان برای یک ناظر در سطح زمین قابل مشاهده نخواهد بود، اما اگر لحظه ای که ناپدید می شود، از برج یا دکل یک کشتی بالا بروید، رنگین کمان دوباره دیده می شود.

هنگامی که از یک کوه بلند یا از یک هواپیما مشاهده می شود، رنگین کمان ممکن است به صورت یک دایره کامل ظاهر شود. ارسطو به طور ریاضی ثابت کرد که خورشید، محل ناظر و مرکز رنگین کمان در یک خط مستقیم قرار دارند. بنابراین، هر چه خورشید بالاتر از افق طلوع کند، مرکز رنگین کمان پایین تر می افتد. در زمین های ناهموار، رنگین کمان ها نیز در پس زمینه چشم انداز دیده می شوند.

چیدمان رنگ ها در رنگین کمان جالب است. همیشه ثابت است. رنگ قرمز رنگین کمان اصلی در لبه بالایی آن، بنفش - در لبه پایین قرار دارد. بین این رنگ‌های شدید، رنگ‌های باقی‌مانده با همان ترتیبی که در طیف خورشیدی وجود دارد، از یکدیگر پیروی می‌کنند. در اصل، رنگین کمان هرگز شامل تمام رنگ های طیف نیست. بیشتر اوقات، رنگ های آبی، آبی تیره و قرمز خالص غنی وجود ندارند یا ضعیف بیان می شوند. با افزایش اندازه قطرات باران، نوارهای رنگی رنگین کمان باریک می شوند و خود رنگ ها اشباع تر می شوند. غلبه رنگ های سبز در پدیده معمولاً نشان دهنده انتقال بعدی به آب و هوای خوب است. تصویر کلی رنگ های رنگین کمان تار است، زیرا توسط یک منبع نور گسترده تشکیل شده است.

در بالای رنگین کمان اصلی یک رنگین کمان جانبی با تناوب رنگ ها بر خلاف رنگین کمان اصلی وجود دارد. ارتفاع زاویه ای لبه بالایی رنگین کمان ثانویه 53 درجه 32 است. علاوه بر این، از انتهای بنفش رنگین کمان اصلی، گاهی اوقات رنگین کمان های ثانویه مشاهده می شود که رنگ غالب آنها سبز و صورتی است. در موارد نادر رنگین کمان ثانویه است. همچنین از لبه بنفش رنگین کمان ثانویه مشاهده می شود.رنگین کمان های ثانویه در لایه های بالاتر پوشش باران گسترده تر هستند، جایی که قطرات باران کوچکتر هستند.

هنگام بازتولید مصنوعی این پدیده در آزمایشگاه، امکان دستیابی به 19 رنگین کمان وجود داشت. ممکن است رنگین کمان های اضافی در بالای مخزن مشاهده شود که به صورت غیر متمرکز نسبت به یکدیگر قرار دارند. برای یکی از آنها، منبع نور خورشید است، برای دیگری - انعکاس آن از سطح آب. در این شرایط، رنگین‌کمان‌هایی که «وارونه» قرار دارند نیز می‌توانند رخ دهند.

شب ها در زیر نور مهتاب و هوای مه آلود رنگین کمان سفیدی در کوه ها و سواحل دریاها دیده می شود. این نوع رنگین کمان می تواند زمانی که مه در معرض نور خورشید قرار می گیرد نیز رخ دهد. مانند یک قوس سفید براق به نظر می رسد که از بیرون متمایل به زرد و قرمز نارنجی و در داخل بنفش آبی رنگ شده است.

اگر رنگین کمان با اثر نور ماه روی قطرات باران تشکیل شود، سفید به نظر می رسد. در برخی موارد، فقط به دلیل شدت نور کم، سفید به نظر می رسد. این نوع رنگین کمان می تواند با بزرگتر شدن قطرات باران به رنگین کمان رنگی تبدیل شود. برعکس، یک رنگین کمان رنگارنگ ممکن است رنگ خود را از دست بدهد اگر باران به غبار ریز تبدیل شود. به عنوان یک قاعده، در حضور قطرات کوچک، رنگ رنگین کمان ضعیف بیان می شود.

رنگین کمان ها نه تنها در حجاب باران دیده می شوند. در مقیاس کوچکتر، می توان آن را روی قطرات آب در نزدیکی آبشارها، فواره ها و در موج سواری مشاهده کرد. در این مورد، نه تنها خورشید و ماه، بلکه یک نورافکن نیز می تواند به عنوان منبع نور عمل کند.

ساختار رنگین کمان.

رنگین کمان را می توان به عنوان یک چرخ غول پیکر با یک محور متصل به یک خط مستقیم خیالی که از خورشید و ناظر عبور می کند در نظر گرفت.

در شکل، این خط مستقیم به عنوان خط مستقیم OO 1 مشخص شده است. O ناظر است، OCD صفحه سطح زمین است، ?AOO 1 = j ارتفاع زاویه ای خورشید در بالای افق است. برای یافتن tan(j) کافی است قد ناظر را بر طول سایه انداخته شده توسط او تقسیم کنیم. نقطه O 1 نقطه ضد خورشید نامیده می شود، این نقطه در زیر خط افق CD قرار دارد. از شکل مشخص است که رنگین کمان دایره پایه یک مخروط را نشان می دهد که محور آن OO 1 است. j زاویه ای است که محور مخروط با هر یک از مولدهای آن (زاویه باز شدن مخروط) ایجاد می کند. البته ناظر کل دایره مشخص شده را نمی بیند، بلکه فقط آن قسمت از آن (در شکل، بخش SVD) را که بالای خط افق قرار دارد، می بیند. توجه داشته باشید که?AOB = Ф زاویه ای است که ناظر بالای رنگین کمان را می بیند و?AOD = a زاویه ای است که ناظر هر یک از پایه های رنگین کمان را در آن می بیند. بدیهی است که

Ф + j = g (2.1).

بنابراین موقعیت رنگین کمان نسبت به منظره اطراف به موقعیت ناظر نسبت به خورشید بستگی دارد و ابعاد زاویه ای رنگین کمان با ارتفاع خورشید در بالای افق تعیین می شود. ناظر راس مخروطی است که محور آن در امتداد خطی است که ناظر را به خورشید متصل می کند. رنگین کمان قسمتی از محیط قاعده این مخروط است که در بالای خط افق قرار دارد. همانطور که ناظر حرکت می کند، مخروط مشخص شده و در نتیجه رنگین کمان مطابق با آن حرکت می کند.

در اینجا دو توضیح لازم است. اولاً، هنگامی که ما در مورد خط مستقیمی صحبت می کنیم که ناظر را به خورشید متصل می کند، منظور ما درست نیست، بلکه جهت مشاهده شده به خورشید است. از نظر زاویه شکست با واقعی تفاوت دارد.

ثانیاً، وقتی در مورد رنگین کمان بالای افق صحبت می کنیم، منظورمان یک رنگین کمان نسبتاً دور است - زمانی که پرده باران چندین کیلومتر از ما فاصله دارد.

همچنین می توانید رنگین کمان نزدیک را مشاهده کنید، به عنوان مثال، رنگین کمانی که در پس زمینه یک فواره بزرگ ظاهر می شود. در این حالت به نظر می رسد که انتهای رنگین کمان به داخل زمین می رود. درجه فاصله رنگین کمان از ناظر به وضوح بر ابعاد زاویه ای آن تأثیر نمی گذارد. از (2.1) نتیجه می شود که Ф = g - j.

برای رنگین کمان اولیه، زاویه y تقریباً 42 درجه (برای قسمت زرد رنگین کمان) و برای رنگین کمان ثانویه این زاویه 52 درجه است. این امر روشن می کند که چرا یک ناظر زمینی نمی تواند رنگین کمان اولیه را تحسین کند اگر ارتفاع خورشید بالای افق از 42 درجه بیشتر شود و اگر ارتفاع خورشید از 52 درجه بیشتر شود رنگین کمان ثانویه را نخواهد دید.

تشکیل رنگین کمان.

رنگین کمان اصلی از انعکاس نور در قطرات آب تشکیل می شود. یک رنگین کمان جانبی در نتیجه انعکاس دوگانه نور در داخل هر قطره تشکیل می شود. در این حالت، پرتوهای نور در زوایای متفاوتی نسبت به آنهایی که رنگین کمان اصلی را تولید می کنند از قطره خارج می شوند و رنگ ها در رنگین کمان ثانویه به ترتیب معکوس هستند.

مسیر پرتوها در یک قطره آب: الف - با یک بازتاب، ب - با دو بازتاب

می‌توانیم ساده‌ترین مورد را در نظر بگیریم: اجازه دهید پرتوی از پرتوهای موازی خورشیدی روی قطره‌هایی به شکل توپ بیفتد. تابش اشعه بر روی سطح یک قطره طبق قانون شکست در داخل آن شکسته می شود:

n1 گناه b=n2 گناه ج

جایی که n 1 =1،n 2 =1,33 - ضریب شکست هوا و آب به ترتیب، ب- زاویه بروز، و V- زاویه شکست نور

در داخل قطره در یک خط مستقیم می رود. سپس پرتو تا حدی شکست و تا حدی منعکس می شود. لازم به ذکر است که هر چه زاویه تابش کوچکتر باشد، شدت پرتو بازتابی کمتر و شدت پرتو شکسته بیشتر می شود. پرتو پس از انعکاس به نقطه دیگری می رسد که در آن بازتاب جزئی و شکست جزئی نور نیز رخ می دهد. پرتو شکسته شده قطره را در یک زاویه مشخص ترک می کند و پرتو بازتاب شده می تواند بیشتر حرکت کند و غیره. با هر بازتاب مقداری از پرتوهای نور خارج شده و از شدت آنها در داخل قطره کاسته می شود. شدیدترین پرتوهایی که در هوا ظاهر می شود اولین پرتویی است که از قطره بیرون می آید. اما مشاهده آن دشوار است، زیرا در پس زمینه نور مستقیم خورشید از بین می رود.

هنگام بررسی تشکیل یک رنگین کمان، یک پدیده دیگر باید در نظر گرفته شود - شکست نابرابر امواج نور با طول های مختلف، یعنی پرتوهای نور با رنگ های مختلف. این پدیده پراکندگی نامیده می شود. به دلیل پراکندگی، زوایای شکست و انحراف پرتوها در یک قطره برای پرتوهای با رنگ های مختلف متفاوت است. هر چه انعکاس درونی اشعه در افت بیشتر باشد، رنگین کمان ضعیف تر است. اگر خورشید پشت ناظر باشد، می توانید رنگین کمان را مشاهده کنید. بنابراین، درخشان ترین رنگین کمان اولیه از پرتوهایی تشکیل می شود که یک بازتاب داخلی را تجربه کرده اند. آنها پرتوهای فرود را با زاویه ای حدود 42 درجه قطع می کنند. مکان هندسی نقاطی که در زاویه 42 درجه نسبت به پرتو فرودی قرار دارد، مخروطی است که توسط چشم در راس خود به عنوان یک دایره درک می شود. هنگامی که با نور سفید روشن می شود، نوار رنگی تولید می شود که قوس قرمز همیشه بالاتر از قوس بنفش است.