آموزش ریاضی و فیزیک

کدام نور توسط منشور تجزیه می شود

کدام نور توسط منشور تجزیه می شود ؟

تجزیه نور توسط منشور

 شاید بارها شنیده باشید كه منشور می تواند نور سفید را تجزیه كند. در اینجا کلیک کنید و به فیلم  كه تجزیه نور را نشان می دهد توجه كنید.

    اما چرا نور توسط منشور تجزیه می شود؟ آیا این پدیده ربطی به شكست  نور دارد؟

اگر باریكه ای از نور سفید به یك منشور بتابد، نور شكسته شده به رنگ های رنگین كمان، از قرمز تا بنفش تجزیه یا تفكیك می شود. دلیل این موضوع این است كه ضریب شكست مواد شفاف مختلف مانند شیشه، دقیقاً مقدار معینی نیست و تا حدی به رنگ نور و در واقع به طول موج امواج نور بستگی دارد.

به مدل سازی زیر توجه كنید.

    در این مدل سازی نور سفید به منشور تابیده شده است. اگر زاویه تابش را تغییر دهید چه تغییری در زاویه انحراف روی می دهد؟

اگر ضریب شكست منشور را تغییر دهید، آیا اثری روی انحراف پرتو دارد؟

برای مشاهده ی این مدل سازی اینجا کلیک کنید و فایل index را اجرا کنید.

هر چه طول موج كمتر باشد، نور بیشتر می شكند. یعنی نور بنفش، بیشتر از نور قرمز می شكند یا به عبارت دیگر، ضریب شكست ماده ای مانند شیشه، برای نور بنفش، بیشتر از نور قرمز است.

 

پاشندگی نور توسط منشور

نور مرئی که به نور سفید هم مشهور است، شامل مجموعه ای از رنگ های متفاوت است. طیف این رنگ های متفاوت توسط منشور مثلثی قابل مشاهده است. نور سفید توسط منشور مثلثی به رنگ های قرمز، نارنجی، زرد، سبز، آبی و بنفش تجزیه می شود. تجزیه نور سفید به رنگ های مختلف به پاشندگی نور معروف است. هر یک از رنگ های طیف نور سفید، طول موج های متفاوتی دارند و رنگ های مختلف با فرکانس های متفاوت در نور سفید، با مقادیر و زوایای مختلفی خمیده می شوند. پدیده ی پاشندگی نور را با جزئیات در این درس بررسی خواهیم کرد و به این سؤال پاسخ خواهیم داد که چرا در درس های قبلی، چگالی نوری را معرفی کردیم و یافتیم که مواد متفاوت، چگالی نوری متفاوتی دارند.

 

چگالی نوری؛ میزان تمایل ماده برای کاهش سرعت نور هنگام عبور از ماده را نشان می دهد. همانطور که قبلاً اشاره شده وقتی موج نوری وارد ماده ای می شود؛ با اتم های آن ماده واکنش دارد.

هنگامی که موج نور با یک اتم از ماده برخورد می کند،توسط آن اتم جذب می شود. این انرژِی جذب شده باعث نوسان الکترون در اتم می شود. اگر بسامد موج نور فرودی با بسامد رزونانس نوسان الکترون هم خوانی نداشته باشد، آنگاه نور با همان بسامد فرودی دوباره از اتم گسیل می شود. موج نور بین فضای خالی بین دو اتم حرکت می کند. وقتی به اتم بعدی برخورد می کند، فرایند جذب و گسیل دوباره تکرار می شود.

شکل: انتشار یک فوتون در خلال یک محیط

چگالی نوری یک ماده، میل اتم های آن ماده برای نگهداری انرژی موج نور به صورت نوسان الکترون اتم های آن ماده است؛ قبل از گسیل مجدد که به صورت یک اغتشاش مغناطیسی جدید است. موج نور با سرعت 3 × 10 8 m/s در خلأ حرکت می کند. هنگام گذر از یک ماده، سرعت موج نور کمتر از c است. مقدار ضریب شکست n)) برای یک محیط خاص، در واقع چگالی نوری آن محیط را تعیین می کند. موادی که ضریب شکست بالاتری دارند، انرژی نورانی جذب شده را قبل از گسیل مجدد به فضای خالی بین اتمی، مدت زمان بیشتری نگه می دارند. هر چه بسامد موج نور با بسامد تشدید الکترون های ماده، هم خوانی بیشتری داشته باشد، چگالی نوری بیشتر و در نتیجه ضریب شکست بزرگتر خواهد بود. سرعت نور در این مواد، بیشتر کاهش خواهد یافت.

مقدار ضریب شکست یک ماده، برای بسامدهای مختلف، متفاوت است. مثلاً مقدار n برای نور بنفش 53/1 و برای نور قرمز که بسامدش با نور بنفش فرق دارد 51/1 است این تفاوت در مقدار ضریب شکست ها اگر چه ناچیز است، امٌا وجود دارد.

فرایند جذب و گسیل برای موج هایی با بسامد بالاتر (طول موج کمتر) مثل نور بنفش سبب می شود که سرعت این نور در شیشه کمتر از نور قرمز باشد که بسامد کمتر (طول موج بیشتر) دارد. مقادیر مختلف ضریب شکست شیشه برای بسامدهای متفاوت (طول موج های مختلف) سبب پاشندگی نور توسط منشور مثلثی شکل می شود.

نور بنفش، سرعتش کمتر است به دلیل این که فرآیند جذب و گسیل بیشتر طول می کشد در نتیجه نور بنفش بیشتر از نور قرمز می شکند. اگر نور سفید به اولین مرز منشور مثلثی برسد، اندکی به رنگ های طیف تشکیل دهنده اش تجزیه می شود. اما پس از رسیدن به مرز دوم جداسازی بیشتر شده و پاشندگی نور سفید به وضوح قابل مشاهده است.

زاویه انحراف

میزان شکست کلی حاصل از عبور از یک منشور به زاویه انحراف معروف است که با دلتا نمایش می دهند. زاویه انحراف، زاویه بین پرتو فرودی است که به وجه اول منشور برخورد می کند و پرتو شکسته شده که از وجه دوم منشور خارج می شود. زاویه انحراف برای طیف های مختلف نور سفید متفاوت است، زیرا مقدار خمیدگی برای طیف های مختلف نور سفید که دارای طول موج های متفاوت می باشند، فرق می کند. زاویه ی انحراف برای طول موج های مختلف، متفاوت است.

طول موج های کوتاه دارای زاویه ی انحراف بیشتری نسبت به طول موج های بلند هستند. این زوایای منحرف متفاوت برای طیف های مختلف نور سفید، موجب مشاهده ی پدیده ی پاشندگی نور سفید توسط منشور می شود.

 شکل : زاویه ی انحراف نور آبی، بیشتر از زاویه انحراف نور قرمز است.

پاشندگی نور توسط منشور، سؤالات متعدد دیگری ایجاد می کند: آیا یک مربع یا یک منشور مستطیلی می تواند سبب پاشندگی نور سفید شود؟

 

پاسخ کوتاه این است که می شود، تفصیل این پدیده در قسمت زیر آمده است. یک کاغذ سیاه که سوراخ بسیار ریزی دارد، در نظر بگیرید، نور چراغ قوه را به این کاغذ بتابانید تا باریکه ی نور سفیدی ایجاد کنید، این پرتو نور سفید را به یک منشور شیشه ای به شکل مستطیل بتابانید. وقتی نور بخواهد از هوا به شیشه وارد شود، شکسته شده به خط عمود نزدیک می شود و هنگام خروج از شیشه دوباره شکسته شده و از خط عمود دور می شود.

در میان طیف های نور سفید، نور بنفش طول موج کوتاه تر و نور قرمز طول موج بلندتری دارد. در نتیجه نور بنفش بیشتر از نور قرمز شکسته می شود.

در محل ورود نور به شیشه، نور شکسته شده ، به صورت جزئی پاشیده می شود. هنگام خروج از منشور شیشه ای شکست در خلاف جهت رخ می دهد و نور شکسته داده شده، از خط عمود دور می شود و این بار خمیدگی نور بنفش از نور قرمز اندکی بیشتر خواهد بود ولی در جهت معکوس.

نور سفید در حین عبور از مرز اول، پاشیده می شود و نور بنفش از نور قرمز جدا می شود و هنگام گذر از از مرز دوم جهت شکست برعکس می شود؛ از آنجا که نور بنفش حین عبور از مستطیل پایین تر قرار می گیرد، اولین رنگی است که در لبه ی پایین تر باریکه حاضر می شود، که این موضوع برای نور قرمز هم رخ می دهد.

  وقتی نور سفید از متوازی الاضلاع می گذرد، هیچ زاویه ی انحرافی بین باریکه ورودی و خروجی وجود ندارد.

پاشندگی نور سفید نشان می دهد که طیف هایی با طول موج های مختلف درنور مرئی وجود دارد. که این موضوع برای درک چگونگی تشکیل رنگین کمان اهمیت دارد. که در درس های بعدی به این موضوع خواهیم پرداخت.

(6 امتیاز)
اشتراک در
اطلاع از
0 نظرات
بازخورد (Feedback) های اینلاین
مشاهده همه دیدگاه ها