سر الأقواس المطرية
تتقوس أقواس قزح في السماء خلال كرنفال زخات الشهب! ولكن ما هي في الحقيقة؟ "واو، انظر إلى كل أقواس قزح!" صاحت يوكي، مشيرةً إلى السماء. "إنه مثل كرنفال سحري!" حقيقة: تتسبب أقواس قزح عن انكسار الضوء وانعكاسه الداخلي وتشتته في قطرات الماء. يستغرق الضوء حوالي ثماني دقائق وعشرين ثانية لينتقل من الشمس إلى الأرض.
تظهر أقواس قزح عندما تضرب أشعة الشمس قطرات المطر. إنه ليس أي ضوء، بل هو ضوء الشمس! ضحك والد يوكي: "الأمر كله يتعلق بكيفية انحناء الضوء! هل رأيتِ ملعقة تبدو منحنية في كوب من الماء من قبل؟" هزت يوكي رأسها. أضافت والدتها: "هذا الانحناء يسمى الانكسار". حقيقة: الانكسار هو انحناء الضوء عندما يمر من وسط إلى آخر. وهذا يشبه كيفية تركيز العدسة للضوء. درس السير إسحاق نيوتن الانكسار على نطاق واسع.
كل قطرة مطر تعمل كمنشور صغير! ولكن كيف تعمل قطرات الماء هذه كمنشور؟ "إذن، كل قطرة مطر تقسم ضوء الشمس إلى ألوان مختلفة؟" سألت يوكي، وهي تدون في دفتر ملاحظاتها. "بالضبط!" أجاب والدها. "مثلما تسلط الضوء عبر منشور." حقيقة: المنشور هو عنصر بصري شفاف يكسر الضوء، ويفصل الضوء الأبيض إلى طيف. كان رينيه ديكارت أحد أوائل من شرح فيزياء قوس قزح بشكل صحيح في عام ألف وستمئة وسبعة وثلاثين.
أولاً، يدخل ضوء الشمس قطرة المطر ويتباطأ، فينحني أثناء مروره. شرحت والدة يوكي: "عندما يدخل الضوء، يكون الأمر مثل الركض من الرصيف إلى الرمل - تتباطأ وتغير الاتجاه!" حقيقة: ترتبط زاوية السقوط وزاوية الانكسار بقانون سنيل. وقد صيغ هذا القانون على يد ويليبرورد سنيليوس في القرن السابع عشر.
بعد ذلك، يرتد الضوء عن الجزء الخلفي من قطرة المطر، مثل مرآة في الداخل! أشار والد يوكي قائلاً: "هل ترى كيف يضرب الضوء الجزء الخلفي وينعكس؟ هذا هو الانعكاس الكلي الداخلي!" حقيقة: يحدث الانعكاس الكلي الداخلي عندما ينتقل الضوء من وسط أكثر كثافة إلى وسط أقل كثافة بزاوية كبيرة. ويُستخدم هذا المبدأ في الألياف البصرية.
أخيرًا، يخرج الضوء من قطرة المطر، وينفصل إلى جميع ألوان قوس قزح. شهقت يوكي قائلة: "كأن الضوء يرسم السماء بكل الألوان!" ابتسمت والدتها قائلة: "كل لون ينحني بشكل مختلف قليلاً عندما يغادر القطرة." حقيقة: التشتت هو انفصال الضوء الأبيض إلى ألوانه المكونة بسبب الاختلافات في معامل الانكسار. وقد أظهرت تجارب إسحاق نيوتن بالمنشور ذلك.
نرى أقواس قزح كلما التقت أشعة الشمس والمطر! ولكن فقط إذا كانت الزاوية مناسبة تمامًا! ابتسم والد يوكي قائلًا: "لهذا السبب تبدو أقواس قزح دائمًا وكأنها تنحني بعيدًا عن الشمس. الأمر كله يتعلق بالزوايا!" حقيقة: الزاوية بين ضوء الشمس الساقط والمراقب وقوس قزح تبلغ حوالي اثنتين وأربعين درجة. وهذا ثابت بغض النظر عن ارتفاعك!
تظهر أقواس قزح حتى في النوافير. كل قطرات الماء الصغيرة هذه تقدم عرضًا ضوئيًا ملونًا مذهلاً! "تتذكر يوكي أنها قرأت، 'الشيء المهم هو ألا تتوقف أبدًا عن التساؤل'، قال ألبرت أينشتاين. إذن، إذا ظهرت أقواس قزح في المطر، والمطر هو أساسًا ماء... فماذا عن النوافير؟". حقيقة: يمكن إنشاء أقواس قزح اصطناعية باستخدام خراطيم الحدائق أو الرشاشات. تنطبق نفس مبادئ الانكسار والانعكاس.
صدق أو لا تصدق، يمكنك حتى رؤية أقواس قزح في الليل. إنها تسمى أقواس القمر! أشارت يوكي بحماس: "انظر! قوس قمر! إنه قوس قزح... لكنه مصنوع من ضوء القمر!" أجاب والدها: "أقواس القمر باهتة لأن ضوء القمر أضعف، لكنها حقيقية!" حقيقة: تُرى أقواس القمر (المعروفة أيضًا باسم أقواس قزح القمرية) بشكل أفضل عندما يكون القمر منخفضًا في السماء وتكون السماء مظلمة. غالبًا ما تظهر بيضاء لأن ضوء القمر ليس ساطعًا مثل ضوء الشمس.
تذكرنا أقواس قزح أن الضوء والماء يصنعان أشياء مذهلة. استمر في البحث، وسترى دائمًا شيئًا جديدًا! ابتسمت يوكي، وهي تكتب في دفتر ملاحظاتها: "أقواس قزح ترينا مدى محاولة الكون لتعليمنا". حقيقة: أدى فهم كيفية تشكل أقواس قزح إلى تقدم في البصريات، وتوقعات الطقس، ومجالات أخرى من العلوم والتكنولوجيا. كل شيء متصل!