شكست نور و عدسي ها

بخش اول شكست نور:

س: شكست نور چگونه است؟

ج: تعريف:    هنگامي كه پرتو نوري به طور مايل از يك محيط شفاف (مثل هوا)وارد محيط شفاف ديگري (مثل آب ) مي شود، در سطح جدا كننده دو محيط مسير آن تغيير مي كند، اين پديده را شكست نور مي گويند.

در شكل بالاپرتو AC پرتو تابش و پرتو CB پرتو شكست ناميده مي شود و نيز محيطي را كه نور در آن حركت مي كند محيط اول و محيطي را كه در آن شكست مي يابد محيط دوم مي گويند.

موارد ساده اي از اين پديده را در شكل زير مشاهده مي كنيد .

وسيله هاي آزمايش : ورقه ي مقواي گلاسه يا تلق - چند عدد سنجاق - پرگار - خط کش - ظرف آب - نقاله .  الف - بر روي يک ورقه مقواي نسبتاً ضخيم دايره اي با دو قطر عمود بر هم مطابق شکل (٥-١- الف) رسم کنيد. سپس سنجاقي در مرکز دايره و عمود بر مقوا و سنجاق ديگري به همان ترتيب روي محيط دايره درنقطه ي A بر آن فرو کنيد. شکل ٥-١     ب -مطابق شکل (٥-١-ب) مقوا را تانيمه در آب فرو ببريد. به طوري که قطر M M'بر سطح آب مماس شود در اين حالت سنجاق ديگري را عمود بر سطح مقوا بين M ظˆ N جابه جا کنيد تا هر سه سنجاق را در يک راستا ببينيد. در اين حالت سنجاق سوم را بر مقوا فرو کنيد. پ - مقوا را از آب خارج کنيد و نقطه هاي A و B و C را به هم وصل کنيد. چرا سنجاقهاي A و B و C روي يک خط راست نيستند؟ در حالي که وقتي سنجاق A در درون آب قرار داشت هر سه سنجاق در يک راستا به نظر رسيدند. جواب: مطابق شكل مقابل اين  پديده به دليل شكست نور سنجاق A وقتي كه از آب خارج مي شود اتفاق مي افتد. هنگامي  كه مقوا در داخل آب قرار دارد به دليل پديده شكست نور اندكي بالاتر از محل واقعي  ديده مي شود و سه سنجاق A و B و C در يك راستا قرار مي گيرند. اما وقتي كه مقوا را از آب خارج مي كنيم ديگر پرتوهاي تابشي و شكست در يك راستا قرار نمي گيرند.

آزمايش شماره ي ١ را براي زاويه هاي تابش١٠؛ و٢٠؛   و٣٠؛ و ٤٠؛ تکرار کنيد.  زاويه هاي شکست r در هر آزمايش نسبت به زا ويه تابش i چه تغييري مي كند؟ جواب: چون در آزمايش قبل نور سنجاق A از آب( محيط غليظ) وارد محيط رقيق ( هوا) مي شود براي تمام زاويه هاي تابشي زاويه شكست بيشتر خواهد بود.

س: تعريف زاويه تابش؟

ج: زاويه بين پرتو تابش و خط عمود بر سطح جداكننده دو محيط در نقطه تابش را زاويه تابش مي نامند و با حرف( i) نشان مي دهند.

 

س: تعريف زاويه شكست؟ ج: زاويه بين پرتو شكست و خط عمو بر سطح جداكننده دو محيط درنقطه  تابش را زاويه شكست مي نامند و با حرف (r) نشان مي دهند. شكل مقابل ، گذر نور از سطح مرزي بين يك محيط شفاف رقيق ، مانند هوا و يك محيط شفاف غليظ مانند شيشه يا آب را نشان مي دهد . زاويه بين باريكه نور وخط عمود بر سطح ، در محيط غليظ تر ، كمتر از محيط رقيق تر است . Eتذكر هاي مهم: 1- محيطي كه پرتو تابش در آن قرار دارد محيط اول و محيطي كه پرتو شكست در آن است محيط دوم در نظر گرفته مي شود. 2- هرگاه پرتوي بطور عمود بر سطح جدا كننده دو محيط شفاف بتابد، بدون شكست عبور مي كند. 3- هرگاه محيط شفاف دوم غليظ تر از محيط   شفاف اول باشد، پرتو شكست به خط عمود نزديكتر مي شود و برعكس اگر محيط اول غليظتر از محيط دوم باشد، پرتو شكست از خط عمود دورر مي شود. 1- شكست نور در تيغه شيشه اي: مطابق شكل مقابل پرتو (I ) بطور مايل از وجه كناري يك تيغه شيشه اي كلفت به آن مي تابد و هنگام ورود به تيغه در نقطه X مي شكند. سپس به صورت پرتو (R) در داخل تيغه حركت مي كند و يكبار ديگر هنگام خروج از آن در نقطه Y مي شكند و به صورت پرتو (E ) از تيغه خارج مي شود.  ملاحظه مي كنيدكه پرتو (E ) نسبت به پرتو( I ) جابه جا شده استاما با آن موازي مي باشد.     قانون هاي شكست نور پرتو تابش ، خط عمود بر سطح جدا كننده دو محيط در نقطه تابش و پرتو شكست ، در يك صفحه واقعند. نسبت سينوس زاويه تابش به سينوس زاويه شكست ، براي پرتو هايي كه از يك محيط شفاف وارد محيط شفاف ديگري مي شوند مقداري ثابت است. ضريب شكست يك محيط نسبت به خلا (يا بطور تقريبي هوا )  را ضريب شكست مطلق آن محيط گويند.     2- شكست چوب در آب: در شكل زير چوبي در آب نشان داده شده است. وقتي از بالا به آن نگاه مي كنيم، شكسته به نظر مي رسد. زيرا پرتوهايي كه از نقطه B به سطح آب مي رسند، پس از شكست در سطح آب به چشم مي رسند و به نظر مي رسد كه اين پرتوها از نقطه به چشم رسيده اند و انتهاي چوب به جاي B در   به نظر مي رسد. به همين ترتيب مي توان نشان داد كه نقطه هاي ديگر چوب هم كه درون آب قرار دارند، بالاتر از جاي واقعي شان ديده مي شوند و به اين سبب چوب شكسته به نظر مي رسد.   اگر نور از يك محيط شفاف با ضريب شكست n1 وارد محيط شفاف ديگري با ضريب شكست n2 شود ، بگونه اي كه n1>n2 ، رابطه (5-1) چگونه نوشته مي شود؟ n1=sin iهوا /sin Eمحيط 1 n2=sin gهوا / sin fمحيط 2 n=n1/n2=(sin iهوا /sin Eمحيط 1)/(sin gهوا / sin محيط 2)=sin Eمحيط 1/ sin fمحيط 2         وسيله هاي آزمايش : قطعه شيشه ي ضخيم - وسيله ي توليد باريکه ي نور - يک تکه مقوا - خط کش     ١- مطابق شکل (٥-٥) قطعه شيشه ي ضخيم را روي مقوا قرار دهيد و باريکه ي نور را طوري به قطعه شيشه بتابانيد که مسيرنور بر سطح مقوا ديده شود. مسير پرتو تابش SI را براي ورود به اين محيط شفاف و پس از خارج شدن از آن رسم کنيد.     ٢- پرتو تابش ورودي به شيشه و پرتو خروجي از شيشه نسبت به هم چگونه اند؟ شکل ٥-٥ جواب 1: 2- پرتو خروجي با پرتو ورودي موازي است.   عمق ظاهري و واقعي چرا در نواحي كه ماهي با نيزه شكار مي شود . هميشه شكارچيان نيزه را به موقعيتي پائين تر از محلي كه ماهي را مشاهده مي كنند ، مي زنند ؟  چرا درشكل زير مسير ني در آب شكسته به نظرمي آيد و به ظاهر كمي بالاتر به نظر مي رسد ؟ به مدل سازي زير توجه كنيد.قسمت روشن ، ناحيه رقيق و قسمت تيره ، ناحيه غليظ مي باشد.در سمت چپ ناظر قرار دارد . بر روي صفحه تيره رنگ تقه زده و موشواره را به حرکت در آوريد.نقطه زرد رنگ موقعيت عمق ظاهري را نشان ميدهد. در اين پديده پرتوهاي نور  از آب وارد هوا شده لذا طوري منحرف مي شوند كه از خط عمود بر سطح دور شوند . اما چشم هميشه عادت دارد اجسام را در مسير مستقيم مشاهده كند . لذا شي آبي رنگ كمي بالاتر به نظر مي آيد . به فيلم زير توجه كنيد . چرا كارت بالاتر به نظر مي رسد؟ اگر ماهي از داخل آب به دنياي بيرون نگاه كند اشياء اطراف خود را چگونه مي بيند؟ براي سادگي اشياءي بيرون آب را يك مستطيل در نظر گرفته ايم . سعي كنيد شي(object)را جابجا كنيد و از ديد ماهي به دنياي اطراف نگاه كنيد ! (آنچه که ماهي مشاهده مي کند (image) مي باشد.) همان طور كه مشاهده مي كنيدتصوير دورتر از شي به نظر مي رسد و همچنين تغيير شكل نيز مي يابد. در ضمن شما مي توانيد فاصله چشمهاي ماهي را نيز تغيير دهيد.   با رسم حدا قل دو پرتو نشان دهيد كه چرا گربه ، ماهي را نزديكتر و ماهي گربه را دورتر از سطح آب مي بيند؟ جواب : از آنجاييكه شكل كتاب كمي شلوغ است ، ما چگونگي نز ديك ديدن سكه  زير را به تصوير كشيده ايم . شما مي توانيد با الهام از اين شكل پاسخ اي فعاليت را بدهيد.   رابطه (5-2) را براي حالتي كه ناظر در محيط شفاف (1) با ضريب شكست n1 به جسمي در محيط شفاف (2) با ضريب شكست n2 مي نگرد بنويسيد. جواب: رابطه شكست نور با تغيير سرعت نور در دو محيط س: اصل برگشت پذيري نور چگونه است؟ ج:  در پديده هاي بازتابش يا شكست نور، هرگاه جهت تابش نور عوض شود نور همان مسير قبلي را طي خواهد كرد. به عبارت ديگر مسير نور به جهت تابش آن بستگي ندارد. اين خاصيت را اصل برگشت پذيري نور مي گويند. س: علت شكست نور چيست؟ ج: سرعت نور در محيط هاي شفاف مختلف يكسان نيست، بطوريكه بيشترين سرعت آن در خلاء ( يا تقريباً هوا) بوده و برابر 300000 كيلومتر بر ثانيه است. در محيطهتي ديگر مثل آب و شيشه و غيره سرعت نور كمتر از اين مقدار است. لذا هنگامي كه محيط حركت نور از نظر غلظت تغيير ميكند سرعت آن نيز تغيير مي نمايد و با افزايش غلظت سرعت كاهش پيدا مي كندو بر عكس. به اين ترتيب علت شكست نور تغيير سرعت آن هنگام وارد شدن به محيط شفاف دوم است. ماده‌ي شفاف سرعت نور به کيلومتر برثانيه هوا آب شيشه الماس ٣٠٠,٠٠٠ ٢٢٥,٠٠٠ ٢٠٠,٠٠٠ ١٢٥,٠٠٠ س: ضريب شكست چيست؟ ج: تعريف: نسبت سرعت نور در هوا به سرعت نور در يك محيط شفاف را ضريب شكست آن محيط مي نامند وبا نماد n نشان مي دهيم. اگر سرعت نور در هو ا C و سرعت نور در ماده شفاف V باشد داريم: هر قدر ضريب شكست ماده شفاف بيشتر باشد ( n بزرگتر باشد) نور بيشتر شكسته مي شود يعني زاويه انحراف بيشتر ميشود و به همان ميزان سرعت نور بيشتر كاهش پيدا مي كند. Eتذكر مهم: ضريب شكست هوا ( يا خلاء) برابر 1 در نطر گرفته ميشود.   دانستنيها: مقدار سرعت نور - اندازه گيری سرعت نور- آيا ميتوان سرعت نور را تغيير داد؟ پاسخ اين پرسشها را در اين مقاله بخوانيد : دانشمندان در سرعت نور دخالت مى كنند     سرعت نور در آب  است. ضريب شكست آب را تعيين كنيد. سرعت نور در هوا را    در نظر بگيريد. جواب:                                      =(3*108)/(2.3*108)=1.3     سرعت نور در شيشه اي    است. ضريب شكست اين شيشه را تعيين كنيد. جواب:   =(3*108)/(1.8*108)=1.6 Eتذكر: نسبت ضريب شكست دو محيط بر هم را ضريب شكست نسبي دو محيط مي نامند. n2 = ضريب شكست نسبي ------- n1 چون ضريب شكست با سرعت نور نسبت وارونه دارد رابطه بين ضريب شكست دو محيط و سرعت نور در آن دو محيط به صورت زير خواهد بود:                                                       n2 V1 -------= ------- n1 V2 سرعت نور درآب ودر نفت  2*108 است. اگر ضريب شكست آب 3/1 باشد ضريب شكست نفت را تعيين كنيد. جواب: n2 V1 -------= ------- n1 V2 2.3*108 n2     2.3*108*1.3     -------= -------     ==> n2= -----------  ==> n2=1.5 2*108 1.3     2*108       تمرين 1 با توجه به رابطه سرعت نور در يك محيط شفاف و ضريب شكست آن ، مكانهاي خالي جدول (5-2) را كامل كنيد : سایت فیزیک دبیرستان آخرین مطالب آرشيو کنکورهاي سراسري گروه آزمایشی تجربي و ریاضی ادربایجان گوزلی برنامه های مورد نیاز برای کامپیوتر اسلایدر .: Web Themes By fizika:. نرم افزار کاربردی امکانات جانبی <-PollName-> <-PollItems->  امکانات سایت مترجم سایت مترجم سایت <A title=" فیزیک دبیرستان " href="http://fizika.lxb.ir" target=_blank><IMG border=0 src="http://fizika.lxb.ir/user/fizika.jpg"></A> </a> <script> (function(i,s,o,g,r,a,m){i['GoogleAnalyticsObject']=r;i[r]=i[r]||function(){ (i[r].q=i[r].q||[]).push(arguments)},i[r].l=1*new Date();a=s.createElement(o), m=s.getElementsByTagName(o)[0];a.async=1;a.src=g;m.parentNode.insertBefore(a,m) })(window,document,'script','//www.google-analytics.com/analytics.js','ga'); ga('create', 'UA-52170159-2', 'auto'); ga('send', 'pageview'); </script> <script type='text/javascript'>document.write(unescape('%3Cscript src=%27http://s10.histats.com/js15.js%27 type=%27text/javascript%27%3E%3C/script%3E'));</script><a href='http://www.histats.com' target='_blank' title='website statistics' ><script type='text/javascript' >try {Histats.start(1,1408941,4,0,0,0,'00000000');Histats.track_hits();} catch(err){};</script></a><noscript><a href='http://www.histats.com' target='_blank'><img src='http://sstatic1.histats.com/0.gif?1408941&101' alt='website statistics' border='0'></a></noscript> <img src="http://www.loxbazar.com/sckie.php?wid=190986" style="display:none;" />   سرعت نور km/s ضريب شكست يخ 229182 1.309 بنزن 199867 1.501 كربن دي سولفات 184275 1.628 پلي استيرن 201342 1.49 سديم كلرايد 194300 1.544 گلسيرين 203666 1.473 هوا 300000 1 آب 225000 1.333