Gökkuşağının Ardındaki Fizik

Doğanın bize sunduğu en güzel ışık gösterileri olan gökkuşakları birçok öyküye, efsaneye ve şarkıya ilham kaynağı olmuştur. Hepimiz, bu doğa olayını hayranlıkla izlesek de, nasıl oluştuğunu bilenimiz pek azdır. Oysa ki bir gökkuşağının ardındaki fizik çok basittir.

Bir gökkuşağı görebilmek için bir ta­kım önkoşulllar var. Bunlar havada su damlacıklarının bulunması, Güneş ışığı­nın bu damlacıkların üzerine düşmesi ve tam olarak doğru yerde bulunmak.

Gökkuşakları ışık ışınlarının su damlaları içinden geçerken kırılmasıyla ve yansımasıyla oluşur. Bir ortamın içinde hareket eden ışık ışınları başka bir ortamla karşılaştıkları zaman ya yansıyarak aynı ortamın içinde kalırlar ya da kırılarak diğer ortama geçerler.

Yansıma durumunda ışığın ara yüzeye geliş açısı ile dönüş açısı aynıdır. Ancak kırılma sırasında açı değişir. Kırılma açısı ortamların kırılma indisleri tarafından belirlenir. Ayrıca kırılma indisi ışınların dalga boyuna bağlı olarak değiştiği için faklı renkteki ışınlar farklı açılarla kırılır.

gökkuşağı_fizik

Işığın neden kırıldığını anlamak için bir alışveriş sepetini park yerine doğru sabit bir hızla ittiğinizi hayal edin. Arabanın hızı geçtiği ortama bağlı olacaktır. Asfaltta kolayca hareket edebilen araba, çimenlere geldiğiniz zaman direnç nedeniyle yavaşlayacaktır.

Ancak, arabayı belli bir açıyla çimlerin üzerine bastırdığınızda, başka bir şey olur. Sağ tekerlek ilk önce çime çarparsa, sol tekerlek hala kaldırımda dururken sağ tekerlek yavaşlar. Sol tekerlek kısa süre sağ tekerlekten daha hızlı hareket ettiğinden, alışveriş sepeti çimlerin üzerinde ilerledikçe sağa döner. Ya da tam tersi çimenli alandan asfalt alana açılı olarak hareket ederseniz, bir tekerlek diğerinden önce hızlanır ve araba yine döner.

Işıkta bir cam prizmaya çarptığında benzer biçimde davranır.

Güneş’ten gelen ışınım, çok uzun dalgaboylu ışınımdan çok kısa dalga-boylu ışınıma kadar çok geniş bir tayfa sahiptir. Gözümüz, bu geniş tayfın için­de oldukça dar bir aralığa du­yarlıdır. Beynimiz, gözümüzden gelen bu verileri renklere dönüştürür. Gözü­müzün duyarlı olduğu bölgede, uzun dalgaboylu ışık kırmızı, kısa dalgaboy­lu ışıksa mor olarak algılanır.

Aslında, renkleri beynimizin bize sunduğu bir ödül olarak düşünebiliriz.

Gözümüzün algılayabileceği tüm dalga boylarının karışımından oluşan güneş ışığını beyaz görürüz. Çeşitli yöntemlerle, beyaz ışığı renklere ayıra­biliriz. Bunun en kolay yolu, ışığın kı­rılma özelliğinden yararlanmaktır.

Beyaz ışık farklı dalga boylarındaki ışınların bir bileşimidir. Farklı dalga boylarındaki ışınlar bir prizmanın içinden geçirildiği zaman farklı açılarla kırılır (bir kez prizmaya girerken bir kez prizmadan çıkarken). Böylece beyaz ışık kendini oluşturan farklı renklerdeki ışıklara ayrışır.

İşte gökkuşağı da bu şekilde, Güneş ışığının su damlacıklarından geçerken uğradığı bir dizi kırılım ve yansımayla ortaya çı­kar.

Kırılma sonucunda, beyaz ışık renklere ayrışır. Ardından, küçük bir açıyla damlacığın iç yüzeyinden yansı­yan ışık sudan havaya geçerken bir kez daha kırılır ve daha geniş bir açıyla ay­rışır.

Şimdi akla gelen bir kaç soruyu cevaplamaya çalışalım…

Gökkuşağında kırmızı neden mavinin dışındadır?

Su damlacığının tam olarak küre olduğu­nu varsayarsak, üzerine düşen ışıkla çı­kan kırmızı ışık arasındaki açı en fazla 42,4 derece olur. Bu açı, gökkuşağının öteki kenarındaki mavi ışıkta en fazla 40,7 derecedir; çünkü ışığın dalgaboyu ne kadar kısaysa o kadar fazla kırılır. Kırmızı ışık daha az kırıldığı için, kırmızı en dışta bulunur.

gökkuşağı oluşumu

Gökkuşağında kırmızı neden mavinin dışındadır?
Soldaki görüntüdeki iki farklı su damlacığı bunu açıklıyor. Damlacıklara düşen Güneş ışığı renklere ayrışır. Kırmızı,
maviye göre daha küçük bir açıyla kırılır. Bu nedenle, kırmızı ışık daha yüksekteki damlacıklardan, maviyse içteki damlacıklardan gözümüze ulaşır. (Normalde gökkuşağını yukarıdaki şekilde olduğu gibi yandan görmek mümkün değildir.)
Sağda: Güneş ışığı, bir dizi kırılma ve yansımanın ardından, tek bir damlacıktan dışarı
bir koni biçiminde yayılır. Ancak, biz sadece bakış doğrultumuzdaki ışınları görebiliriz.

Gökkuşakları aslında tam bir çember şeklinde oluşur ancak gökkuşağının görülebilmesi için Güneş’in ufkun üzerinde yaklaşık 40 dereceden fazla yükselmemiş olması gerekir. Bu yüzden yer yüzeyinden bakıldığında gökkuşakları yarım bir çember biçiminde görünür. Ancak yüksek bir dağın tepesinden ya da yükseklerde uçan bir uçağın içinden baktığınız zaman tam bir çember biçiminde gökkuşakları görebilirsiniz.

Bir gökkuşağının altından geçebilir miyiz?

Maalesef hayır…

Çünkü gökku­şağını görebilmemiz Güneş’in ve su damlacıklarının bize göre doğru ko­numda olmalarına bağlıdır. Biz gökkuşağına doğru ilerlersek, onun bize göre konumu değişmez. Ancak, bu bir baş­kasının (kendisi göremese de) gökkuşa­ğının altından geçişini görmemize en­gel değildir.

Gökkuşağının yarıçapı ve genişliği ne kadardır?

Gökkuşağının yarıçapını ve genişliğini açısal olarak söyleyebili­riz. Her bir su damlacığından bize dö­nen ışın doğrudan Güneş’ten ışınlarla yaklaşık 42 derecelik bir açı yaptığı için, gökkuşağının yarıçapı da yaklaşık 42 derecedir.

Gökkuşağının genişliğiyse, kırmızı ve mavi arasındaki açısal farka eşittir. Bunu 42,4’ten 40,7’yi çı­kararak 1,7° olarak hesaplayabiliriz.

Gökkuşağının çapını ve genişliğini an­cak ona uzaklığımızı bilirsek metrik olarak hesaplayabiliriz. Çünkü bu, yağ­mur damlacıklarının uzaklığına bağlı olarak değişir.

Aynı anda kaç kuşak görebiliriz?

Çoğu zaman aynı anda iki gökkuşağı görebiliriz. Bunların merkezleri aynı, ancak çapları farklıdır. Yani biri içte, öteki dıştadır. Dıştaki gökkuşağı içteki-ne, yani asıl kuşağa göre daha sönük olur. Çok parlak bir gökkuşağının çev­resinde bazen 3. kuşağı da görebiliriz. Bunlar, ışığın damlacıkların içinde bir­den fazla kere yansımasıyla oluşur. 2. gökkuşağının renk sıralaması ilkinin tersinedir.

Bahar ayları, gökkuşağı görmek için en uygun mevsim. Şansınızın bol olması dileğimizle…

İleri okumalar:

  • Alp Akoğlu, Bilim Teknik Dergisi – Nisan 2008

Matematiksel

Sibel Çağlar

Kadıköy Anadolu Lisesi, Marmara Üniversitesi, ardından uzun süre özel sektörde matematik öğretmenliği, eğitim koordinatörlüğü diye uzar gider özgeçmişim…Önemli olan katedilen değil, biriktirdiklerimiz ve aktarabildiklerimizdir bizden sonra gelenlere...Eğitim sisteminin içinde bulunduğu çıkmazı yıllarca iliklerimde hissettikten sonra, peki ama ne yapabilirim düşüncesiyle bu web sitesini kurmaya karar verdim.Amacım bilime ilgiyi arttırmak, bilimin özellikle matematiğin zihin açıcı yönünü açığa koymaktı.Yolumuz daha uzun ve zorlu ancak en azından deniyoruz.

İlgili Makaleler

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

Başa dön tuşu
Kapalı