شکست نور

 شکست نور

 

شکست نور

    شکست نور
هنگامی که یک شیء مانند یک قاشق یا یک قلم را داخل یک لیوان محتوی آب می‌گذاریم و از بیرون به لیوان نگاه می‌کنیم
 قاشق و قلم را شکسته می‌بینیم‌. همچنین وقتی به آب درون یک استخر نگاه می‌کنیم‌، عمق استخر کم‌تر از مقدار واقعی آن
به نظر می‌رسد‌. مشاهده‌ی پدیده‌هایی از این قبیل به سبب پدیده‌ی شکست نور است

شکل مقابل ، گذر نور از سطح مرزی بین یک محیط شفاف رقیق ، مانند هوا و یک محیط شفاف غلیظ مانند شیشه یا آب را نشان می دهد .
زاویه بین باریکه نور وخط عمود بر سطح ، در محیط غلیظ تر ، کمتر از محیط رقیق تر است .

ذکر های مهم:

1- محیطی که پرتو تابش در آن قرار دارد محیط اول و محیطی که پرتو شکست در آن است محیط دوم در نظر گرفته می شود.

2- هرگاه پرتوی بطور عمود بر سطح جدا کننده دو محیط شفاف بتابد، بدون شکست عبور می کند.

3- هرگاه محیط شفاف دوم غلیظ تر از محیط   شفاف اول باشد، پرتو شکست به خط عمود نزدیکتر می شود و برعکس اگر محیط اول غلیظتر از محیط دوم باشد، پرتو شکست از خط عمود دورر می شود.

وقتی نور به جسمی می تابد، مقداری از آن نور بازتاب می شود، مقداری نیز از جسم عبور می کند،
اما جسم های شفاف مانند هوا، آب، شیشه، طلق های پلاستیکی شفاف نور را به خوبی از خود عبور می دهند.

 

 

 


نور در یک محیط معین در مسیر مستقیم حرکت می کند.
اگر در مسیر نور یک قطعه جسم شفاف عمود در مسیر نور قرار گیرد، مسیر نور در هنگام عبور از جسم هم چنان مستقیم خواهد بود.

اما اگر نور در مسیر خود، با زوایه ای دیگر به یک جسم شفاف (مثلا شیشه) برخورد کند، هنگام ورود به شیشه مسیر حرکتش مقداری کج می شود. به این پدیده شکست نور می گویند.


نور در یک محیط معین، به صورت مستقیم و با سرعت ثابت حرکت می کند، هرگاه محیط تغییر کند، سرعت نور نیز تغییر کرده و نور منحرف می شود و در مسیر جدید به خط راست حرکت می کند.
تغییر مسیر پرتو نور به هنگام عبور از یک محیط شفاف به محیط شفاف دیگر را شکست نور می گویند.

زاویه تابش: زاویه ای بین پرتو تابش و خط عمود (i)
زاویه شکست: زاویه ای بین پرتو شکست و خط عمود (r)

رابطه ی زاویه تابش و زاویه ی شکست:
1- اگر پرتو تابش عمود بر سطح مشترک بین دو محیط باشد،(یعنی زاویه آن با خط عمود برابر صفر باشد) در این صورت نور بدون شکست وارد محیط دوم شده و منحرف نمی شود.

2- اگر پرتو تابش از محیط رقیق وارد محیط غلیظ شود در این حالت پرتو شکست به خط عمود نزدیک می شود یعنی زاویه شکست از زاویه ی تابش کوچک تر می شود.

3- اگر پرتو تابش از محیط غلیظ وارد محیط رقیق شود، در این حالت پرتو شکست از خط عمود دورتر می شود و زاویه ی شکست از زاویه ی تابش بزرگ تر می شود.

علت شکست نور:
علت شکست نور، متفاوت بودن سرعت نور در محیط های مختلف است. سرعت نور در خلا یا هوا در حدوداست اما وقتیکه وارد آب می شود، سرعت آن به حدودکیلومتر بر ثانیه می رسد. سرعت نور در شیشه(که غلیظ تر از آب است) کم تر و در حدود است. این تفاوت سرعت نور سبب می شود که راستای پرتوهای نور هنگام عبور از یک محیط به محیط دیگر، شکسته شود و پدیده شکست نور اتفاق بیفتد.


 تعریف زاویه شکست؟

ج: زاویه بین پرتو شکست و خط عمو بر سطح جداکننده دو محیط درنقطه  تابش را زاویه شکست می نامند و با حرف (r) نشان می دهند.
شکست چوب در آب: در شکل زیر چوبی در آب نشان داده شده است. وقتی از بالا به آن نگاه می کنیم، شکسته به نظر می رسد. زیرا پرتوهایی که از نقطه B به سطح آب می رسند، پس از شکست در سطح آب به چشم می رسند و به نظر می رسد که این پرتوها از نقطه به چشم رسیده اند و انتهای چوب به جای B در   به نظر می رسد. به همین ترتیب می توان نشان داد که نقطه های دیگر چوب هم که درون آب قرار دارند، بالاتر از جای واقعی شان دیده می شوند و به این سبب چوب شکسته به نظر می رسد.

شکست نور در تیغه شیشه ای:

مطابق شکل مقابل پرتو (I ) بطور مایل از وجه کناری یک تیغه شیشه ای کلفت به آن می تابد و هنگام ورود به تیغه در نقطه X می شکند. سپس به صورت پرتو (R) در داخل تیغه حرکت می کند و یکبار دیگر هنگام خروج از آن در نقطه Y می شکند و به صورت پرتو (E ) از تیغه خارج می شود.  ملاحظه می کنیدکه پرتو (E ) نسبت به پرتو( I ) جابه جا شده استاما با آن موازی می باشد.

 عمق ظاهری و واقعی

چرا در نواحی که ماهی با نیزه شکار می شود . همیشه شکارچیان نیزه را به موقعیتی پائین تر از محلی که ماهی را مشاهده می کنند ، می زنند ؟
 چرا درشکل زیر مسیر نی در آب شکسته به نظرمی آید و به ظاهر کمی بالاتر به نظر می رسد ؟


هنگامی که از هوا به جسمی در داخل آب نگاه کنیم آن جسم به سطح آب نزدیکتر و وقتی از داخل آب به جسمی در هوا نگاه کنیم، دورتر به نظر می رسد. وقتی نور به طور مایل از یک محیط شفاف وارد محیط شفاف دیگر می شود، در مرز مشترک دو محیط، تغییر می دهد(شکسته می شود) همین عامل سبب بالاتر دیده شدن جسم نسبت به سطح واقعی گردد.

طبق شکل زیر اگر ما از زیر آب به بیرون نگاه کنیم سکه را دور تر می بینیم و برعکس

علت شکست نور چیست؟

ج: سرعت نور در محیط های شفاف مختلف یکسان نیست، بطوریکه بیشترین سرعت آن در خلاء ( یا تقریباً هوا) بوده و برابر 300000 کیلومتر بر ثانیه است. در محیطهتی دیگر مثل آب و شیشه و غیره سرعت نور کمتر از این مقدار است. لذا هنگامی که محیط حرکت نور از نظر غلظت تغییر میکند سرعت آن نیز تغییر می نماید و با افزایش غلظت سرعت کاهش پیدا می کندو بر عکس. به این ترتیب علت شکست نور تغییر سرعت آن هنگام وارد شدن به محیط شفاف دوم است.

ماده‌ی شفاف	سرعت نور به کیلومتر برثانیه
هوا آب شیشه الماس	٣٠٠,٠٠٠ ٢٢٥,٠٠٠ ٢٠٠,٠٠٠ ١٢٥,٠٠٠

ضریب شکست چیست؟

ج: تعریف: نسبت سرعت نور در هوا به سرعت نور در یک محیط شفاف را ضریب شکست آن محیط می نامند وبا نماد n نشان می دهیم.

اگر سرعت نور در هو ا C و سرعت نور در ماده شفاف V باشد داریم:

هر قدر ضریب شکست ماده شفاف بیشتر باشد ( n بزرگتر باشد) نور بیشتر شکسته می شود یعنی زاویه انحراف بیشتر میشود و به همان میزان سرعت نور بیشتر کاهش پیدا می کند.
تذکر مهم: ضریب شکست هوا ( یا خلاء) برابر 1 در نطر گرفته میشود.   

 پدیده سراب چگونه است؟

ج: پدیده سراب معمولاً در بیابان ها و جاده ها در روزهای گرم اتفاق می افتد. هر چه به سطح زمین نزدیک تر می شویم دمای لایه های هوا بیشتر و در نتیجه رقیق تر می شود. پرتو های نور که از یک شئی دور مانند درخت به طور مایل به سطح زمین می تابند، در اثر عبور از لایه های غلیظ تر به لایه های رقیق تر به تدریج به طرف بالا شکست می یابند تا این که در لایه های نزدیک به سطح زمین زاویه تابش آنها از زاویه حد این لایه ها بزرگتر شده و بازتاب کلی صورت می گیرد. پرتوهای بازتاب پس از شکست های متوالی( از لایه های رقیق تر به غلیظ تر ) به چشم ما می رسند، در این صورت لایه های نزدیک به سطح زمین که نور را باز می تابانند مانند سطح آب به نظر می رسند.
فن آوری و کاربرد:

س: تار نوری یا لوله نوری چگونه است؟

ج: تار نوری  میله شیشه ای بلندی است که ضخامت آن در حدود کسری از میلی متر تا 50 میلی متر است. نور می تواند درون میله شیشه ای جلو رود حتی اگر میله خمیده شده باشد. هنگامی که پرتو نوری از درون میله به سطح آن بتابد، اگر زاویه ی تابش بزرگتر از زاویه حد باشد، بازتابش کلی نور روی می دهد و به این ترتیب نور نمی تواند از میله خارج شود چنان که گویی سطح درونی میله نقره اندود است، در حالی که چنین نیشت. میله ی شیشه ای توپر، از درون، یک سطح بازتابنده ی کامل دارد. از کاربرد این تارها در آندوسکوپی و صنعت مخابرات می توان نام برد.
الف ـ یک تار نوری یا لوله نور، که در آن پرتو نور چند بار باز تابش داخلی پیدا کرده است.

ب ـ دسته ای از تارهای شیشه ای که برای انتقال تصویر استفاده می شود.

سراب تارهای شیشه ای فیبر های نوری ضریب شکست عمق ظاهری عمق حقیقی زاویه شکست