تحقیق در مورد شکست نور و علت آن

شکست نور چیست؟ و همه چیز درباره علت و کاربرد آن – همراه با مثال

شکست نور چیست؟

شکست نور پدیده ای از نورشناسی است که در آن نوری که از یک منبع نورانی (مانند لامپ، خورشید و ستارگان) می رسد، به خاطر تغییر سرعت در دو محیط با ضریب شکست متفاوت تغییر مسیر می‌دهد و زمانیکه شخص به این نور نگاه می‌کند گویی که نور دچار شکست شده‌است. در ادامه با این پدیده فیزیکی بیشتر آشنا می شوید. با دانشچی همراه باشید.

معنی شکست نور: به انحراف مسیر نور، هنگامی که از یک محیط شفاف وارد محیط شفاف دیگری می شود، شکست نور گفته می شود.

علت شکست نور

علت شکست تغییر سرعت نور است. سرعت نور در محیط‌های شفاف مختلف یکسان نیست، بطوریکه بیشترین سرعت آن در خلأ (یا تقریباً هوا) بوده و برابر ۲۹۹٬۷۹۲٬۴۵۸ متر بر ثانیه (نزدیک ۳۰۰٫۰۰۰ کیلومتر بر ثانیه) است.

در محیط‌های 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 و با افزایش غلظت سرعت کاهش پیدا می‌کند و برعکس. به این ترتیب علت شکست نور تغییر سرعت آن هنگام وارد شدن به محیط شفاف دوم است.

با ورود نور از محیط رقیق به غلیظ (هوا به آب) با فرض کردن این‌که یک خط عمود بر روی مرز آب و هوا که یک طرف آن در آب و طرف دیگر در هوا هست نور به خط عمود نزدیکتر می‌شود و برعکس از غلیظ به رقیق باشد (شیشه به هوا) از خط عمود دور تر می‌شود؛ و اگر نور مستقیم بتابد شکستی رخ نمی‌دهد.

مثال های شکست‌نور

مثلاً اگر به یک سکه در ته لیوانی پر از آب نگاه کنید سکه بالاتر از محل واقعی خود به نظر می‌رسد یا وقتی که یک قاشق را به طور مایل در لیوان آب فرو می‌برید آن را در محل ورود به آب شکسته می‌بینید.

برعکس اگر جسم در هوا باشد و از محیط غلیظ به آن نگاه کنیم جسم دورتر به نظر می‌رسد. اگر به کف یک استخر نگاه کنید عمق آب کمتر از عمق واقعی به نظر می‌رسد، اگر در راستای نزدیک به خط قائم به کف استخر پر از آبی به عمق ۵ متر نگاه کنید عمق آن تقریباً ۴ متر به نظر می‌رسد.

اگر دستمان را زیر آب ببریم مطمئناً در تصویر آن نسبت به بخشی که در آب نیست انحراف می‌بینیم. اگر در استخر آب، کف استخر را مشاهده کنیم، احساس می‌کنیم عمق آب کمتر از آن چیزی است که گفته شده است. همه‌ی این‌ها یک پدیده‌ی فیزیکی به نام شکست نور را بیان می‌کنند.

کاربردهای شکست‌نور

با استفاده از پدیده شکست نور می‌توان نور سفید یا نورهای مخلوط از چندین طول موج را به امواج تشکیل دهنده آن تجزیه نمود. اساس این پدیده متفاوت بودن سرعت نور در محیط‌های شفاف بر حسب طول موج نور است، به این ترتیب که هرچه طول موج بیشتر باشد سرعت نور در آن محیط نیز بیشتر خواهد بود؛ بنابراین نورهای مختلف با طول موج‌های مختلف مسیرهای متفاوتی را طی کرده و دچار شکست‌های متفاوتی می‌شوند. نتیجه این عمل جدا شدن امواج با طول موج‌های متفاوت از یکدیگر خواهد بود.

با استفاده از پدیدهٔ شکست نور می‌توان نور سفید یا نورهای مخلوط از چندین طول موج را به امواج تشکیل دهنده آن تجزیه نمود. اساس این پدیده متفاوت بودن سرعت نور در محیط‌های شفاف بر حسب طول موج نور است، به این ترتیب که هرچه طول موج بیشتر باشد سرعت نور در آن محیط نیز بیشتر خواهد بود.

بنابراین نورهای مختلف با طول موج‌های مختلف مسیرهای متفاوتی را طی کرده و دچار شکست‌های متفاوتی می‌شوند. نتیجهٔ این عمل جدا شدن امواج با طول موج‌های متفاوت از یکدیگر خواهد بود. این پدیده را می‌توان به‌طور طبیعی در رنگین کمان مشاهده کرد. قطرات آب باران نور خورشید را به طول موج‌های مختلف تجزیه می‌کنند و رنگین کمان در آسمان مشاهده می‌شود.

شکست نور در منشور و اجسام کروی

در سیستم‌های نوری با اجزای نوری همچون آینه‌ها، عدسی‌ها، منشورها و … قوانین اسنل مربوط به شکست و انعکاس مسیر پرتو را می‌دهد. اگر سطح کروی ما یک دیوپترهای کروی (سطح شکست کروی) باشد که دو محیط با جنس‌های مختلف نوری را از هم جدا می‌کند باشد.

مثلاً از یک ستاره‌ ای در بینهایت نور به یک دیوپتر کروی بتابد، هم در بی نهایت است؛ و پرتوهای تابش موازی هم می‌آیند و موازی محور اصلی دیوپتر به قسمت‌های مختلف آن می‌خورند و بعد از شکست در دیوپتر خود یا امتدادهایشان از کانون دیوپتر عبور می‌کنند. محل تقاطع نقطه منفردی است و نیز شکست دو مرحله‌ای منشورها که طیف سالم و دقیق نور سفید را ایجاد می‌نمایند.

بیشتر بخوانید: آشنایی با منشور و انواع آن