كيف يتكون قوس قزح؟ شرح علمي ميسر للأطفال

قوس قزح أحد أروع الظواهر الطبيعية التي تلي المطر، محولًا السماء إلى لوحة ساحرة تثير فضول الأطفال والكبار، لكن كيف يتكون قوس قزح؟ وما السر العلمي خلف ذلك القوس الملون الساحر الذي يزين السماء بعد المطر وألوانه السبعة الزاهية؟ قد يكون من الصعب شرحه لطفل صغير، أو عند الإجابة عن سؤال يتعلق بكونه دائريًّا وليس أفقيًّا أو رأسيًّا.

يستكشف هذا المقال، بطريقة علمية سهلة، رحلة الضوء عبر قطرات الماء، مرورًا بعمليات الانكسار والانعكاس والتشتت، لنشرح لك كيف يمكنك تعليم طفلك سر قوس قزح، حتى كيفية صنعه في المنزل عبر تجارب علمية ممتعة، ونمنحه كثيرًا من الأفكار والحقائق عن هذه الظاهرة التي تعد من أروع الظواهر الطبيعية الممتعة.

ظاهرة قوس قزح

يعود الفضل في فهمنا العلمي الأول لهذه الظاهرة إلى العالم الإنجليزي الشهير إسحاق نيوتن الذي أثبت في القرن السابع عشر باستخدام المنشور الزجاجي أن ضوء الشمس الأبيض هو في الحقيقة مزيج من الألوان. وهذه الألوان الزاهية التي تظهر بعد سقوط الأمطار التي يحبها الناس ويشعرون معها بالبهجة والسرور، حتى إن بعضهم يطلق عليها اسم ظاهرة قوس المطر، وتُعد من الظواهر الطبيعية نتيجة ثلاث عمليات فيزيائية رئيسية هي الانكسار والانعكاس والتشتت لأشعة الشمس من خلال قطرات الماء وانعكاسها بمجموعة رائعة من الألوان المرتبة من الأحمر إلى البنفسجي. 

وتتكون ظاهرة قوس قزح من سبعة ألوان، وتتخذ شكل قوس نصف دائري، وهذه الظاهرة الطبيعية يمكن عملها ورؤيتها بواسطة بعض التجارب العلمية باستخدام أدوات محددة، وهو ما يحدث مثلًا في المدارس والمختبرات لتنفيذ فكرة انكسار وتحليل أشعة الشمس للحصول على ألوان قوس قزح. وهي من أمتع التجارب العلمية للأطفال.

رحلة الضوء داخل قطرة المطر: 3 خطوات لتكوين قوس قزح

لنتعرف عليها بالترتيب كالتالي:

الخطوة الأولى: الانكسار الأول وتشتت الضوء

في البداية، لا بد أن نعرف أن ضوء الشمس الذي نراه جميعًا أبيض أو مائلًا إلى الصفار هو مزيج من الألوان، لكننا لا نستطيع أن نراها على حقيقتها إلا عندما تمر أشعة الشمس من خلال المنشور الزجاجي، وهو ما يتحقق عندما تمر الأشعة من قطرات الماء؛ لذا ترتبط ظاهرة قوس قزح بسقوط المطر حيث تمتلئ الأجواء بالماء.

عندما يخترق شعاع الشمس قطرة المطر، فإنه يبطئ وينحني، وهذه العملية تسمى انكسار الضوء. وبما أن كل لون من ألوان الطيف له طول موجي مختلف، فإنه ينكسر بزاوية مختلفة قليلًا، ما يؤدي إلى تفكك الضوء الأبيض إلى ألوانه المكونة. وهذا هو شرح تشتت الضوء لتكوين قوس قزح.

الخطوة الثانية: الانعكاس الداخلي الكامل

بعد أن تتشتت الألوان داخل قطرة المطر، فإنها لا تخرج من الجانب الآخر مباشرة، بل ترتد وتؤثر من السطح الداخلي الخلفي للقطرة، في عملية تشبه الانعكاس في المرآة تسمى الانعكاس الداخلي الكلي.

الخطوة الثالثة: الانكسار الثاني وخروج الألوان

عندما يغادر الضوء المنعكس قطرة المطر، فإنه ينكسر مرة أخرى وهو يخرج إلى الهواء، ما يزيد من تفريق الألوان وفصلها عن بعضها بعضًا، لتصل إلى أعيننا ونراها مرتبة بشكل واضح.

ما ألوان قوس قزح السبعة بالترتيب؟ وكيف نتذكرها؟

تظهر ألوان الطيف السبعة دائمًا بالترتيب نفسه بسبب اختلاف الأطوال الموجية لكل لون. اللون الأحمر له أطول طول موجي فينحني بأقل زاوية، والبنفسجي له أقصر طول موجي فينحني بأكبر زاوية.

وترتيب قوس قزح هو : الأحمر، ثم البرتقالي، ثم الأصفر، ثم الأخضر، ثم الأزرق، ثم النيلي، ثم البنفسجي. ولتسهيل تذكرها، يمكن استخدام الحرف الأول من كل لون لتكوين جملة صغيرة، أو كلمة (حرص خزين) (ح: أحمر، ر: برتقالي (غير دقيق لكن للمساعدة)، ص: أصفر، خ: أخضر، ز: أزرق، ي: نيلي، ن: بنفسجي).

سر الشكل قوس قزح الدائري: زاوية الـ 42 درجة

هل تساءلت من قبل عن سبب ظهور قوس قزح دائريًّا بعد سقوط الأمطار؟

الحقيقة أن قوس قزح هو في الواقع جزء من دائرة كاملة، والسر يكمن في الزاوية التي يخرج بها الضوء من قطرات المطر بالنسبة لعينيك، تخرج الألوان دائمًا بزاوية محددة تبلغ نحو 42 درجة حول نقطة تسمى النقطة المضادة للشمس، وهي النقطة المقابلة للشمس تمامًا من موقعك. كل قطرات المطر التي تقع على هذا المخروط بزاوية 42 درجة سترسل لك نفس اللون، ما يكوِّن قوسًا دائريًّا في السماء.

الأمر الآخر أننا لا نرى النصف الآخر من دائرة قوس قزح بسبب وجود الأرض التي تمنعنا من رؤية دائرة كاملة، ولكن إذا كنت في طائرة أو على قمة جبل عالٍ، يمكنك أحيانًا رؤية قوس قزح كدائرة كاملة.

أيضًا فإن قوس قزح الشهير لا بد أن يظهر على الجانب المعاكس لموقع الشمس، وذلك بسبب أن الضوء الذي ينكسر نتيجة قطرات المطر ينعكس داخل هذه القطرات، ويخرج بزاوية معاكسة لموقع الشمس.

وفي بعض الأحيان يكون الشخص محظوظًا حينما يرى ظاهرة قوس قزح المزدوج، وهي إحدى الظواهر الطبيعية النادرة، فيكون هناك قوسا قزح، أحدهما ظاهر بقوة والآخر خافت إلى حدٍ ما، وذلك بسبب انعكاس أشعة الشمس داخل قطرات الماء مرتين بدلًا من مرة واحدة. وفي هذه الظاهرة تكون ألوان القوس الثاني معكوسة، فيبدأ بالبنفسجي وينتهي بالأحمر.

أما الحالات النادرة جدًا التي يظهر فيها قوس قزح ثلاثيًّا أو رباعيًّا، فهي تعد من الحالات الغريبة التي تتطلبها أيضًا ظروف مناخية وجوية نادرة.

كيف ترى وتصنع قوس قزح بنفسك؟

إذا أردت رؤية ظاهرة قوس قزح فعليك انتظار سقوط الأمطار، وعليك أن تنتظر الشمس لتشرق بعد سقوط الأمطار، يجب عليك أن تقف بحيث تكون الشمس خلفك وتنظر إلى الجهة المقابلة، وقد تكون محظوظًا برؤية ظاهرة قوس قزح. أما إذا لم تستطع رؤية ظاهرة قوس قزح طبيعية، فيمكنك إجراء تجربة قوس قزح للأطفال في المنزل. إليك بعض تجارب لصنع قوس قزح في المنزل:

• تجربة الكوب والورقة: يتطلب صنع قوس قزح في المنزل أن تملأ كوبًا بالماء وتضعه على سطح مستوٍ في غرفة مظلمة، ثم تستخدم مصباحًا يدويًا بدلًا من الشمس، وتمرر الضوء عبر الماء ليسقط على ورقة بيضاء بدلًا من السقوط على الأرض، وبذلك ستظهر أمامك ألوان قوس قزح السبعة المعروفة بألوان الطيف. لمزيد من التفاصيل، يمكنك الاطلاع على تجارب مشابهة من مصادر علمية للأطفال مثل Science Sparks.

• تجربة خرطوم المياه: ويمكنك الحصول على قوس قزح أيضًا باستخدام خرطوم المياه ورش الماء في الهواء في أحد الأيام المشمسة، مع الحرص على أن تكون الشمس في ظهرك وأنت تنظر إلى رذاذ الماء المنتشر في الجو لتشاهد ألوان قوس قزح السبعة بوضوح.

• تجربة القرص المدمج (CD): أما التجربة الأسهل فهي عن طريق الإمساك بالقرص المدمج (CD) ووضعه تحت مصدر ضوء قوي، وتحريكه يمينًا ويسارًا ببطء لرؤية انعكاس الضوء على القرص، وهو ما يسمح بتكسر الضوء وظهور ألوان قوس قزح.

لماذا لا نرى ألوان الطيف في الشمس مباشرة؟

أوضحنا أن أشعة الشمس ليست بيضاء أو صفراء وإنما تحتوي على ألوان الطيف السبعة، لكننا لا نستطيع أن نراها في الأحوال العادية؛ لأنها ممزوجة معًا. لماذا لا نرى ألوان الطيف في الشمس مباشرة؟ فهذا الأمر يتطلب أن تمر هذه الأشعة بوسيط معين (مثل قطرة المطر أو المنشور الزجاجي) لتتكسر الأشعة ذات الأطوال الموجية المختلفة، ويظهر كل لون على طبيعته بعد أن يغير اتجاهه فينحني أو ينتشر، كما يحدث في ظاهرة قوس قزح.

وربما كانت رؤيتنا لأشعة الشمس البيضاء المائلة للصفار بهذه الطريقة مناسبة لطريقة حياتنا وعيشنا على الكرة الأرضية؛ لذا فإن رؤية قوس قزح قد تمنحنا جزءًا من الحقيقة، وكثيرًا من الإيمان بأن الله خلق لنا الأشياء بالطريقة التي تناسب معيشتنا وحركتنا على الأرض.

في المرة القادمة التي ترى فيها قوس قزح، لن ترى ألوان جميلة فقط، بل سترى رقصة مذهلة للفيزياء تحدث في ملايين من قطرات المطر في وقت واحد. إن فهم العلم وراء هذه الظواهر الطبيعية لا يقلل من سحرها، بل يزيده جمالاً وعمقًا. والآن، يمكنك أن تشارك هذا السر الممتع مع طفلك، وتحولوا لحظة الدهشة إلى فرصة للتعلم والاكتشاف.

وفي نهاية مقالنا الذي حاولنا فيه الإجابة عن سؤال: كيف يتكون قوس قزح خطوة خطوة، نأمل أن نكون قد قدمنا لك المتعة والإضافة، ويسعدنا كثيرًا أن تشاركنا رأيك في التعليقات، ومشاركة المقال على مواقع التواصل لتعم الفائدة الجميع.