[indent][/indent]
ألوان الطيف التي تظهر في السماء والتي تعرف باسم قوس قزح تعد من أبدع المناظر الطبيعية التي تشهدها العين. ظاهرة قوس قزح هي ظاهرة فيزيائية ضوئية سوف نلقى الضوء على تفسيرها.
انحناء الضوء
إن الظاهرة الأساسية لحدوث قوس قزح هي ظاهرة الانكسار الضوئي التي يحدث فيها انحناء للضوء نتيجة لمرور أشعة الضوء في وسطين مختلفين في معامل الانكسار حيث ينتقل الضوء في هذين الوسطين بسرعتين مختلفتين.
ولمزيد من الفهم لظاهرة انحناء الضوء نتيجة لظاهرة الانكسار دعنا نتأمل في المثال التالي:
تخيل انك تدفع عربة بقوة منتظمة كما في الشكل أدناه، وحيث أن القوة التي تدفع بها العربة منتظمة أي ثابتة فإن سرعة العربة ستكون ثابتة أيضا، هذا إذا كان الوسط الذي تتحرك فيه العربة متجانس أي له طبيعة منتظمة كأن تدفع العربة على الرصيف. ولكن ماذا يحدث لو بدأت تدخل بالعربة على ارض عشبية؟ فإن العربة سوف تقل سرعتها حيث إن قوة الاحتكاك تصبح اكبر ولهذا تحتاج أن تزيد قوة الدفع لتحافظ على نفس السرعة على الرصيف.
والآن تخيل أنك قمت بدفع العربة إلى الأرض العشبية بزاوية فإن شيء أخر سيحدث! حيث إن العجلة اليمين للعربة تدخل إلى منطقة الأرض العشبية قبل العجلة اليسار فإن العجلة اليمين تقل سرعتها بينما العجلة اليسار لازالت محتفظة بسرعتها الأصلية وهذا سيؤدي إلي انحراف العربة إلى اليمين نتيجة لاختلف سرعة العجلتين للعربة
بنفس الطريقة يحدث ذلك لحزمة الضوء عندما ينفذ من خلال منشور زجاجي. حيث يتباطأ جزء الضوء الذي ينفذ من زجاج المنشور بينما يحافظ الجزء المتبقي من حزمة الضوء على سرعته. وهذا يؤدي إلى انحراف الضوء عند حافة الزجاج الذي يفصل بين وسط الهواء والزجاج. ويحدث انحراف معاكس للضوء عندما يخرج من المنشور إلى الهواء.
هذا بالإضافة إلى أن المنشور يقوم بتفريق الضوء الأبيض إلى مكوناته الرئيسية (ألوان الطيف) حيث أن الضوء الأبيض الذي نراه هو خليط من الترددات المختلفة بحيث إن لكل لون من ألوان الطيف تردد مختلف وهذا بسبب أن الضوء ينتقل بسرعات مختلفة عندما ينفذ من الزجاج أو أي وسط شفاف.
فاللون الذي ينتقل بسرعة بطيئة في الزجاج سوف ينحرف عن مساره بحدة كبيرة عند الحد الفاصل بين الهواء والزجاج. أما اللون الذي يتحرك بسرعة كبيرة في الزجاج فلن يتأثر كثيرا كما في الحالة السابقة، ولهذا فإن الضوء الأبيض المكون من ألوان الطيف فإنه سوف يتفرق حسب تردد كل لون وسرعته عندما ينفذ إلى الزجاج وبالتالي نستطيع رؤية ألوان الطيف بشكلها البديع عند خروج الضوء من الجهة الأخرى للمنشور وهذه الظاهرة تعرف باسم تشتيت الضوء dispersion.
هذا بالإضافة إلى أن المنشور يقوم بتفريق الضوء الأبيض إلى مكوناته الرئيسية (ألوان الطيف) حيث أن الضوء الأبيض الذي نراه هو خليط من الترددات المختلفة بحيث إن لكل لون من ألوان الطيف تردد مختلف وهذا بسبب أن الضوء ينتقل بسرعات مختلفة عندما ينفذ من الزجاج أو أي وسط شفاف.
فاللون الذي ينتقل بسرعة بطيئة في الزجاج سوف ينحرف عن مساره بحدة كبيرة عند الحد الفاصل بين الهواء والزجاج. أما اللون الذي يتحرك بسرعة كبيرة في الزجاج فلن يتأثر كثيرا كما في الحالة السابقة، ولهذا فإن الضوء الأبيض المكون من ألوان الطيف فإنه سوف يتفرق حسب تردد كل لون وسرعته عندما ينفذ إلى الزجاج وبالتالي نستطيع رؤية ألوان الطيف بشكلها البديع عند خروج الضوء من الجهة الأخرى للمنشور وهذه الظاهرة تعرف باسم تشتيت الضوء dispersion.
يقوم المنشور بتشتيت حزمة الضوء إلى مكوناتها من ألوان الضيف وللتسهيل سوف نعتبر اللون الأول (الأحمر) واللون الأخير (البنفسجي) اللذان يقعان على طرفي حزمة ألوان الطيف
تحدث قطرات المطر في السماء على أشعة الضوء نفس تأثير المنشور حيث تقوم كل قطرة بتشتيت الضوء الأبيض إلى مكوناته الأساسية (ألوان الطيف) عندما تعترض مسار أشعة الضوء الصادر من الشمس وفي الإجمالي تعمل هذه القطرات على تشكيل قوس قزح.
قوس قزح
لنأخذ قطرة واحدة ذات الشكل الكروي كما هو موضح في الشكل أدناه، هذه القطرة تمثل فكر عمل المنشور الزجاجي عندما يسقط عليه شعاع من الضوء فيتشتت إلى ألوان الطيف السبعة المعروفة. ولنأخذ على سبيل التبسيط لونين هما الأحمر والبنفسجي كما في الشكل.
تحدث قطرات المطر في السماء على أشعة الضوء نفس تأثير المنشور حيث تقوم كل قطرة بتشتيت الضوء الأبيض إلى مكوناته الأساسية (ألوان الطيف) عندما تعترض مسار أشعة الضوء الصادر من الشمس وفي الإجمالي تعمل هذه القطرات على تشكيل قوس قزح.
قوس قزح
لنأخذ قطرة واحدة ذات الشكل الكروي كما هو موضح في الشكل أدناه، هذه القطرة تمثل فكر عمل المنشور الزجاجي عندما يسقط عليه شعاع من الضوء فيتشتت إلى ألوان الطيف السبعة المعروفة. ولنأخذ على سبيل التبسيط لونين هما الأحمر والبنفسجي كما في الشكل.
عندما ينفذ الضوء الأبيض قطرة الماء في السماء فإن مكونات الضوء ذات الترددات المختلفة تتباطأ إلى سرعات مختلفة كل حسب تردده. فاللون البنفسجي ينحرف بزاوية كبيرة عندما يعبر من خلال قطرة المطر وعلى الجزء الداخلي من القطرة فإن جزء من الضوء ينفذ إلى الهواء بينما الجزء الباقي ينعكس لينفذ إلى الهواء من الجانب الأيسر للقطرة كما هو موضح في الشكل السابق.
وبهذا الشكل فإن كل قطرة مطر تعمل على تشتيت أشعة الشمس إلى مكوناتها ذات الألوان المختلفة.
وبهذه الطريقة فإن كل قطرة مطر تعمل على تشتيت أشعة الشمس لتظهر ألوان الطيف. ولكن لماذا نرى حزمة عريضة من الألوان كما لو أن كل منطقة من المطر تشتت لون محدد؟ والسبب يعود لأننا نرى فقط لون واحد من كل قطرة مطر كما سيأتي شرحه في الشكل التالي
وبهذا الشكل فإن كل قطرة مطر تعمل على تشتيت أشعة الشمس إلى مكوناتها ذات الألوان المختلفة.
وبهذه الطريقة فإن كل قطرة مطر تعمل على تشتيت أشعة الشمس لتظهر ألوان الطيف. ولكن لماذا نرى حزمة عريضة من الألوان كما لو أن كل منطقة من المطر تشتت لون محدد؟ والسبب يعود لأننا نرى فقط لون واحد من كل قطرة مطر كما سيأتي شرحه في الشكل التالي
عندما تقوم قطرة المطر A بتشتيت الضوء فيخرج اللون الأحمر المتشتت من القطرة بزاوية مناسبة لعين المشاهد، بينما للون الأخر يخرج على زاوية اقل بحيث لا تسقط على عين المشاهد. أشعة الشمس سوف تصطدم بجميع قطرات المطر في المحيط بنفس الطريقة بحيث تحرف اللون الأحمر إلى عين المشاهد.
أما قطرة المطر B فتكون في مكان أسفل القطرة A في السماء بحيث تحرف اللون الأحمر بزاوية لا تسقط على عين المشاهد، ولكن اللون البنفسجي ينعكس على زاوية مناسبة لتستقبلها عين المشاهد. وكل القطرات المحيطة بالقطرة B تعمل على إسقاط اللون البنفسجي على عين المشاهد. القطرات في السماء التي تقع بين A وبين B تعمل على تجميع باقي الألوان الطيف على عين المشاهد، وبهذا فإن المشاهد سوف يرى كل ألوان الطيف.
إذا تواجد المشاهد في السماء فوق المطر فإنه سيرى قوس قزح على شكل دائرة كاملة ولكن على الأرض فإن المشاهد يرى جزء من هذه الدائرة على شكل قوس لان الجزء المتبقي من القوس مختفي خلف الأفق!
وإليكم بعض الصور الطبيعية عن قوس قزح
أما قطرة المطر B فتكون في مكان أسفل القطرة A في السماء بحيث تحرف اللون الأحمر بزاوية لا تسقط على عين المشاهد، ولكن اللون البنفسجي ينعكس على زاوية مناسبة لتستقبلها عين المشاهد. وكل القطرات المحيطة بالقطرة B تعمل على إسقاط اللون البنفسجي على عين المشاهد. القطرات في السماء التي تقع بين A وبين B تعمل على تجميع باقي الألوان الطيف على عين المشاهد، وبهذا فإن المشاهد سوف يرى كل ألوان الطيف.
إذا تواجد المشاهد في السماء فوق المطر فإنه سيرى قوس قزح على شكل دائرة كاملة ولكن على الأرض فإن المشاهد يرى جزء من هذه الدائرة على شكل قوس لان الجزء المتبقي من القوس مختفي خلف الأفق!
وإليكم بعض الصور الطبيعية عن قوس قزح
