วันอาทิตย์, 30 สิงหาคม 2558 10:43 by physic06

การเกิดรุ้ง



ปรากฎการณ์รุ้งกินน้ำ  เป็นปรากฎการณ์ทางธรรมชาติที่หยดน้ำฝนหรือละอองน้ำทำหน้าที่ปริซึมหักเหแสงจากดวงอาทิตย์ที่ส่องลมาจะเกิดการหักเหทำให้เกิดเป็นแถบสีบนท้องฟ้า  เรียกว่า การกระจายแสง

การกระจายแสงเกิดขึ้นเพราะแสงแต่ละสีมีความถี่ไม่เท่ากัน  ทำให้ดัชนีหักเหสำหรับแสงแต่ละสีไม่เท่ากัน  ส่งผลให้การหักเหแสงภายในหยดน้ำแตกต่างกัน

แสงอาทิตย์หรือรังสีที่ตามมองเห็น (Visible light) มีความยาวคลื่น 400 - 800 นาโนเมตร  โดยที่แสงสีม่วงมีความยาวคลื่นสั้นที่สุดคือ 400 นาโนเมตร และแสงสีแดงมีความยาวคลื่นมากที่สุด  ภายหลังฝนตกมักจะมีละอองน้ำหรือหยดน้ำเล็กๆ ลอยอยู่ในอากาศ จะทำหน้าที่เสมือนปริซึมหักเหแสงอาทิตย์ (White light) ให้แยกออกเป็นสเปกตรัม 7 สี ได้แก่ ม่วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง แสด แดง  โดยถ้าแสงอาทิตย์ทำมุมกับหยดน้ำแล้วหักเหเป็นมุม 40° เข้าสู่แนวสายตา ก็จะมองเห็นเป็นแสงสีม่วง  แต่ถ้าแสงอาทิตย์ทำมุมกับหยดน้ำแล้วหักเหเป็นมุม 42° เข้าสู่แนวสายตา ก็จะมองเห็นเป็นแสงสีแดง



ประเภทของรุ้งกินน้ำ

การเกิดรุ้งกินน้ำมี 2 ประเภทคือ

  • รุ้งปฐมภูมิ เป็นรุ้งตัวล่าง  เกิดจากแสงขาวส่องทางด้นบนของละอองน้ำ  เกิดการหักเห  จากนั้นสะท้อนกลับหมดภายในหยดน้ำ 1 ครั้ง  และหักเหออกสู่อากาศเข้าสู่นัยน์ตาของผู้สังเกต  รุ้งปฐมภูมินี้จะเห็นสีแดงอยู่บน และสีม่วงอยู่ด้านล่าง
  • รุ้งทุติยภูมิ เป็นรุ้งตัวบน  เกิดจากแสงขาวส่องทางด้านล่างของละอองน้ำ  เกิดการหักเห  จากนั้นสะท้อนกลับหมดภายในหยดน้ำ 2 ครั้ง  และหักเหออกสู่อากาศเขาสู่นัยน์ตาของั้งเกต  รุ้งทุติยภูมินี้จะเห็นสีม่วงอยู่บนและสีแดงอยู่ด้านล่าง


การมองเห็นรุ้ง

Aristotle คือนักวิทยาศาสตร์คนแรกที่ได้พยายามอธิบายที่มาของรุ้งกินน้ำว่า เกิดจากการสะท้อนแสดงอาทิตย์โดยก้อนเมฆ และการที่เราเห็นรุ้งกินน้ำโค้งนั้นเพราะแสงอาทิตย์ที่สะท้อนมาเข้าตา เราทำมุมเฉพาะมุมหนึ่งกับเมฆ และเมื่อถ้าทุกรังสีเวลา สะท้อนทำมุมๆ นั้นเท่ากันหมด เราจึงเห็นรุ้งกินน้ำโค้งเป็นรูปครึ่งวงกลม คำอธิบายของ Aristotle จึงมีส่วนถูกในประเด็นที่ว่า ตำแหน่งของเมฆ มิได้เป็นกำหนดการเกิดรุ้งแต่ทิศที่แสงสะท้อนมาเข้าตาเรา ต่างหากที่เป็นตัวกำหนดตำแหน่งและลักษณะของรุ้งกินน้ำ

Roger Bacon เป็นนักวิทยาศาสตร์คนแรกที่พบว่า รุ้งปฐมภูมิอยู่สูงกว่าระดับสายตาของคนดูประมาณ 42 องศาเสมอ และรุ้งกินน้ำชนิดทุติยภูมิจะอยู่สูงขึ้นไปอีกประมาณ 8 องศาคือ 50 องศา แต่ในปัจจุบันนี้การวัดมุมแสดงตำแหน่งของรุ้งกินน้ำ มานิยมวัดสวนทิศกับที่ Bacon วัด ดังนั้น มุมของรุ้งกินน้ำทั้งสองจึงเป็น 180-42 = 138 องศา และ 180-50 = 130 องศา ตามลำดับ


หลังจากที่ Aristotle ได้ศึกษารุ้งกินน้ำแล้ว อีก 1,700 ปีต่อมาก็ไม่มีใครสนใจศึกษาเรื่องนี้อีกเลย จนกระทั่งถึงปี พ.ศ. 1847 บาทหลวงชาวเยอรมันคนหนึ่งชื่อ Theodoric แห่งเมือง Freibury ได้ปฏิเสธความคิดของ Aristotle ที่ว่ารุ้งกินน้ำเกิดจาก การสะท้อนของแสงอาทิตย์โดยกลุ่มหยดน้ำฝนในก้อนเมฆเมื่อ Theodoric สร้างถังแก้วรูปทรงกลมที่มีขนาดใหญ่แล้วบรรจุน้ำเต็ม เขาได้ทดสอบทฤษฎีของเขาโดยการฉายแสงเข้าไปในน้ำในถังแก้ว ความโปร่งใสของน้ำทำให้เขาสามารถเห็นเส้นทางเดินของน้ำ ในถังได้ด้วยตาตั้งแต่ต้นจนกระทั่งแสงทะลุผ่านถังแก้วไป และเขาก็ได้พบว่าเพียงถังแก้วถังเดียว เขาก็สามารถทำให้เกิดรุ้งได้แล้ว โดยไม่ต้องใช้ถังเป็นล้านๆ ถัง Theodoric จึงคิดว่ารุ้งกินน้ำสามารถเกิดจากหยดน้ำฝนเพียงหนึ่งหยดได้

การค้นพบของ Theodoric นี้ไม่มีใครสนใจเลย จนกระทั่งถึง 300 ปีต่อมา เมื่อ R. Descartes อ่านผลงานของ Theodoric และได้พัฒนาความคิดเรื่องรุ้งกินน้ำต่อ Descartes ได้แสดงให้เห็นว่า รุ้งปฐมภูมิเกิดเมื่อแสงอาทิตย์สะท้อนภายในหยดน้ำ หนึ่งครั้งและรุ้งทุติยภูมิเกิดเมื่อแสดงอาทิตย์สะท้อนที่ผิวภายในหยดน้ำสองครั้ง เพราะเหตุว่าในการสะท้อนแต่ละครั้ง แสงบางส่วน จะหายไป ดังนั้นเมื่อรุ้งทุติยภูมิเกิดจากการสะท้อนแสงอีกครั้ง รุ้งทุติยภูมิจึงมีความเข้มที่เจือจางยิ่งกว่ารุ้งปฐมภูมิตามที่ตาเห็น

ทำไมรุ้งถึงเป็นเส้นโค้ง?


รุ้งกินน้ำที่เกิดขึ้นทำใมถึงมีลักษณะโค้งก็เนื่องมาจากหยดน้ำที่ทำ ให้เกิดรุ้งกินน้ำนั้นมีลักษณะกลม และผู้สังเกตจะพบว่า เวลาเรามองดูรุ้งกินน้ำขณะที่เราอยู่บนพื้นดิน เราจะเห็นเพียงครึ่งวงกลมเท่านั้น เนื่องจากรัศมีในการมองเห็นของแสงที่สะท้อน  แต่ถ้าหากผู้สังเกตอยู่บนที่สูงเช่นยอดเขา   หรือหากให้ดีบนเครื่องบินผู้สังเกตอาจพบเห็นรุ้งกินน้ำเป็นวงกลม


ขอบคุณข้อมูลและภาพจาก

http://www.mwit.ac.th/
http://www.lesa.biz/

วันเสาร์, 29 สิงหาคม 2558 16:49 by physic06
วันเสาร์, 29 สิงหาคม 2558 15:17 by physic06

link วิทยาศาสตร์

รวม link ที่น่าสนใจทั้งในและต่างประเทศ เพื่อค้นคว้าหาข้อมูลที่ต้องการทางด้านวิทยาศาสตร์

ดูลิงค์ทั้งหมด

link คณิตศาสตร์

รวม link ที่น่าสนใจทั้งในและต่างประเทศ เพื่อค้นคว้าหาข้อมูลที่ต้องการทางด้านคณิตศาสตร์

ดูลิงค์ทั้งหมด
UNESCO Bangkok

ICT in Education newsletter

SEAMEO Congress

Programme with Presentations

Black Ribbon