بازی نور. قدرت تخیل. پدیده های نوری: مثال ها نور، سراب، شفق شمالی، رنگین کمان رنگین کمان می تواند دو، سه و حتی چهار برابر باشد.

هر زمان که رنگین کمانی ظاهر می شود، همیشه با بازی نور روی قطره های آب شکل می گیرد. معمولاً اینها قطرات باران هستند، گاهی اوقات قطرات کوچک مه. روی کوچکترین قطرات، مانند قطره هایی که ابرها را تشکیل می دهند، رنگین کمان قابل مشاهده نیست.

رنگین کمان به دلیل خورشید رخ می دهد نور در قطرات آب دچار شکست می شود، در هوا معلق است. این قطرات نور با رنگ های مختلف را متفاوت خم می کنند و باعث می شوند نور سفید به یک طیف تقسیم شود.

در یک شب مهتابی روشن می توانید ببینید رنگین کمان از ماه. از آنجایی که دید انسان به گونه ای طراحی شده است که در نور کم چشم رنگ ها را به خوبی درک نمی کند، رنگین کمان قمری سفید رنگ به نظر می رسد. هرچه نور روشن تر باشد، رنگین کمان "رنگارنگ" تر است.

بر اساس یک باور قدیمی انگلیسی، یک گلدان طلا در پای هر رنگین کمانی پیدا می شود. حتی در حال حاضر افرادی هستند که تصور می کنند واقعاً می توانند به پای رنگین کمان برسند و نور سوسوزن خاصی در آنجا قابل مشاهده است.

کاملا بدیهی است که رنگین کمان در مکان خاصی نیست، شبیه به چیز واقعی; این چیزی نیست جز نوری که از یک جهت خاص می آید.

اغلب مشاهده می شود رنگین کمان اولیه، که در آن نور تحت یک بازتاب داخلی قرار می گیرد. مسیر پرتوها در شکل زیر نشان داده شده است. در رنگین کمان اولیه، رنگ قرمز خارج از قوس است، شعاع زاویه ای آن 40-42 درجه است.

گاهی اوقات می توانید رنگین کمان دیگری را در اطراف رنگین کمان اول ببینید. این رنگین کمان ثانویه، که در آن نور دو بار در یک قطره منعکس می شود. در یک رنگین کمان ثانویه، ترتیب رنگ ها "معکوس" است - بنفش در خارج و قرمز در داخل است. شعاع زاویه ای رنگین کمان ثانویه 50-53 درجه است.

ترتیب رنگ ها در رنگین کمان دوم برعکس ترتیب رنگین کمان اول است. آنها با نوارهای قرمز روبروی یکدیگر قرار می گیرند.

نمودار تشکیل رنگین کمان

1. قطره کروی،
2. بازتاب درونی،
3. رنگین کمان اولیه،
4. شکست،
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. مشاهده کننده،
10. منطقه تشکیل رنگین کمان،
11. منطقه تشکیل رنگین کمان
12. منطقه تشکیل رنگین کمان

مرکز دایره ای که یک رنگین کمان توصیف می کند همیشه روی یک خط مستقیم قرار دارد که از خورشید (ماه) و چشم ناظر می گذرد، یعنی دیدن همزمان خورشید و رنگین کمان بدون استفاده از آینه غیرممکن است.

به بیان دقیق، رنگین کمان یک دایره کامل است. ما نمی توانیم آن را فراتر از افق دنبال کنیم، فقط به این دلیل که نمی توانیم قطرات باران را که زیر سرمان می ریزند ببینیم.

از یک هواپیما یا زمین بالاتر، دایره کامل را می توان دید.

"هفت رنگ رنگین کمان"فقط در تخیل وجود دارد این یک چرخش بلاغی از عبارت است که بسیار طول می کشد زیرا ما به ندرت چیزها را آنطور که هستند می بینیم. در واقع، رنگ های رنگین کمان به تدریج به یکدیگر تبدیل می شوند و فقط چشم به طور غیرارادی آنها را به صورت گروهی ترکیب می کند.

سنت برجسته سازی در رنگین کمان 7 رنگرفتن از اسحاق نیوتن، که عدد 7 برای آن معنای نمادین خاصی داشت (به دلایل فیثاغورثی یا الهیاتی). سنت تشخیص 7 رنگ در رنگین کمان جهانی نیست؛ به عنوان مثال، بلغاری ها 6 رنگ در رنگین کمان دارند.

برای به خاطر سپردن ترتیب رنگ ها در رنگین کمان، عبارات یادگاری وجود دارد که حروف اول هر کلمه با حروف اول نام رنگ ها (قرمز، نارنجی، زرد، سبز، آبی روشن، آبی، بنفش) مطابقت دارد.

"بههر Oشکارچی ومی خواهد ساعتنه، جی de بامی رود fاذان". "چگونه ژاک زنگوله یک بار با سرش فانوس را شکست".

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 چرخیدن می کند و گاری به اطراف 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.

بوم شناسی

بسیاری از فرهنگ ها افسانه ها و افسانه هایی در مورد قدرت رنگین کمان دارند و مردم آثار هنری، موسیقی و شعر را به آن تقدیم می کنند.

روانشناسان می گویند که مردم این پدیده طبیعی را تحسین می کنند زیرا رنگین کمان نوید آینده ای روشن و "رنگین کمان" است.

از نظر فنی، رنگین کمان زمانی رخ می دهد که نور از قطرات آب در جو عبور می کند، و شکست نور منجر به ظاهر آشنای یک قوس منحنی با رنگ های مختلف برای همه ما می شود.

در اینجا این و دیگر حقایق جالب در مورد رنگین کمان آورده شده است:

7 حقیقت در مورد رنگین کمان (همراه با عکس)

1. رنگین کمان به ندرت در ظهر دیده می شود

اغلب رنگین کمان ها در صبح و عصر ظاهر می شوند. برای تشکیل رنگین کمان، نور خورشید باید با زاویه تقریبا 42 درجه به یک قطره باران برخورد کند. زمانی که خورشید در آسمان بالاتر از 42 درجه باشد، بعید است این اتفاق بیفتد.

2. رنگین کمان در شب نیز ظاهر می شود

رنگین کمان ها حتی بعد از تاریکی هم دیده می شوند. این پدیده را رنگین کمان قمری می نامند. در این حالت، پرتوهای نور هنگام انعکاس از ماه، و نه مستقیم از خورشید، شکست می‌شوند.

به عنوان یک قاعده، روشنایی کمتری دارد، زیرا هر چه نور روشن تر باشد، رنگین کمان رنگارنگ تر است.

3. هیچ دو نفر نمی توانند یک رنگین کمان را ببینند

نور منعکس شده از قطرات خاص باران، قطرات دیگر باران را از زاویه ای کاملا متفاوت برای هر یک از ما منعکس می کند. این همچنین تصویر متفاوتی از رنگین کمان ایجاد می کند.

از آنجایی که دو نفر نمی توانند در یک مکان باشند، نمی توانند یک رنگین کمان را ببینند. علاوه بر این، حتی هر یک از چشمان ما رنگین کمان متفاوتی را می بیند.

4. ما هرگز نمی توانیم به انتهای رنگین کمان برسیم

وقتی به رنگین کمان نگاه می کنیم، انگار با ما حرکت می کند. این اتفاق می افتد زیرا نوری که آن را تشکیل می دهد این کار را از فاصله و زاویه مشخصی برای ناظر انجام می دهد. و این فاصله همیشه بین ما و رنگین کمان باقی خواهد ماند.

5. ما نمی توانیم همه رنگ های رنگین کمان را ببینیم

بسیاری از ما از کودکی قافیه ای را به یاد می آوریم که به ما امکان می دهد 7 رنگ کلاسیک رنگین کمان را به خاطر بسپاریم (هر شکارچی می خواهد بداند قرقاول کجا نشسته است).

همه قرمز هستند

شکارچی - نارنجی

آرزوها - زرد

بدانید - سبز

آبی کجاست

نشسته - آبی

قرقاول - ارغوانی

با این حال، رنگین کمان در واقع از بیش از یک میلیون رنگ تشکیل شده است، از جمله رنگ هایی که چشم انسان نمی تواند آنها را ببیند.

6. رنگین کمان ها می توانند دوتایی، سه تایی و حتی چهارگانه باشند

اگر نور در داخل قطره منعکس شود و به رنگ های اجزای آن جدا شود، می توانیم بیش از یک رنگین کمان را ببینیم. رنگین کمان مضاعف زمانی ظاهر می شود که این اتفاق دو بار در داخل قطره رخ دهد، رنگین کمان سه گانه زمانی که سه بار اتفاق می افتد و غیره.

با یک رنگین کمان چهارگانه، هر بار که پرتو منعکس می شود، نور و در نتیجه رنگین کمان کم رنگ تر می شود و بنابراین دو رنگین کمان آخر بسیار کم رنگ تر دیده می شوند.

برای دیدن چنین رنگین کمانی، چندین عامل باید همزمان با هم منطبق شوند، یعنی یک ابر کاملا سیاه، و یا توزیع یکنواخت اندازه قطرات باران، یا باران شدید.

7. خودتان می توانید رنگین کمان را ناپدید کنید

استفاده از عینک آفتابی پلاریزه می تواند شما را از دیدن رنگین کمان باز دارد. این به این دلیل است که آنها با یک لایه بسیار نازک از مولکول ها پوشیده شده اند که در ردیف های عمودی قرار گرفته اند و نور منعکس شده از آب به صورت افقی قطبی می شود. این پدیده در ویدیو قابل مشاهده است.

چگونه یک رنگین کمان درست کنیم؟

شما همچنین می توانید یک رنگین کمان واقعی در خانه بسازید. چندین روش وجود دارد.

1. روش استفاده از یک لیوان آب

یک لیوان را پر از آب کنید و در یک روز آفتابی آن را روی میز جلوی پنجره قرار دهید.

یک تکه کاغذ سفید را روی زمین قرار دهید.

پنجره را با آب گرم خیس کنید.

لیوان و کاغذ را تنظیم کنید تا رنگین کمان را ببینید.

2. روش آینه ای

آینه را داخل یک لیوان پر از آب قرار دهید.

اتاق باید تاریک و دیوارها سفید باشد.

یک چراغ قوه را در آب بتابانید و آن را حرکت دهید تا رنگین کمان را ببینید.

3. روش سی دی

سی دی را بردارید و آن را پاک کنید تا گرد و خاک نشود.

آن را روی یک سطح صاف، زیر نور یا جلوی پنجره قرار دهید.

به دیسک نگاه کنید و از رنگین کمان لذت ببرید. می توانید صفحه را بچرخانید تا ببینید رنگ ها چگونه حرکت می کنند.

4. روش مه

در روزهای آفتابی از شلنگ آب استفاده کنید.

سوراخ شلنگ را با انگشت خود ببندید و مه ایجاد کنید

شیلنگ را به سمت خورشید بگیرید.

تا زمانی که رنگین کمان را ببینید، از میان مه نگاه کنید.

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.

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.
• مردم خرافات 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) شکست 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.