نور چگونه توسط منشور تجزیه میشود؟
چگونه میشود که نور توسط منشور تجزیه میشود؟؟
2 جواب
هدف آزمایش
بررسی طیفهای نور سفید
لوازم مورد نیاز
لامپ رویتر یا هالوژنه ، منبع تغذیه ، عدسی با فاصله‌های کانونی مختلف ، صفحه دوار ، منشور یا تیغه ذوزنقه‌ای و صفحه تصویر.
تئوری آزمایش
نور دارای رنگهای گوناگون است. نمونه‌های رنگی نور را می‌توان با گذراندن دسته‌ای از پوتوهای نور خورشید یا نور چراغ از ماده شفاف رنگی مشاهده کرد. مثلا وقتی که دسته‌ای از پرتوهای نور سفید (نور سفید به مفهومی که ما از رنگ سفید واقعی داریم نیست، بلکه همان نور روز است) ، به یک صفحه شیشه‌ای قرمز رنگ بتابد، نوری که از شیشه خارج میشود، به رنگ قرمز است. اگر همین دسته پرتو به شیشه سبز رنگ بتابد، نوری که از آن خارج میشود به رنگ سبز است، بطور کلی ، نوری که از یک ماده شفاف رنگی خارج میشود، همواره به رنگ آن ماده است (عبور انتخابی).
وقتی نور سفید از منشور می‌گذرد، چه روی می‌دهد؟
هر کسی می‌تواند به آسانی این کار را انجام داده و نتیجه را مشاهده نماید. اگر منشوری را در مقابل پرتوهای خورشید قرار داده و در مقابل آن نیز پرده سفیدی را بگذاریم، وضعیتی بدون منشور بر روی پرده سفید مشاهده میشود. تصویر کشیده‌ای مشاهده میشود که بالای آن آبی کمرنگ است. از این مشاهده نتیجه میشود، که نور سفید خورشید ممکن است از اشعه‌ای به رنگهای گوناگون تشکیل شده باشد. از اشعه‌ای که بیشترین انکسار را دارد تا اشعه سرخ که کمترین انکسار را دارد (نور مرکب یا غیر تکفام).
اگر محدودیت جزئی در نور ورودی به منشور ، از طریق ایجاد یک سوراخ اعمال کرده و یک عدسی در مسیر پرتو نور وارد کرده که تصویر سوراخ کوچک را بر پرده متمرکز سازد، با رضایت خاطر نواری از رنگهای روشن به ترتیب: سرخ ، نارنجی ، سبز ، آبی و بنفش را مشاهده خواهیم کرد. در حقیقت یک طیف نما ساختیم که رنگهای مختلفی را که نور سفید از آنها تشکیل یافته و قابلیت انکسار متفاوت دارند، تجزیه و قابل مشاده می‌سازد.
چشم ما رنگهای مختلف را چطور حس می‌کند؟
شبکیه چشم انسان دارای سه نوع یاخته عصبی حساس به رنگ است، یاخته‌هایی که به نورهای سرخ ، سبز و آبی حساسند. این یاخته‌ها ، یاخته‌های استوانه‌ای و مخروطی هستند. وقتی که همه رنگهای طیفی به یک نسبت وجود دارند، یعنی چنانچه در نور خورشید هستند، که در طی صدها میلیون سال تکامل موجودات زنده ، عضو باصره تحت تاثیر آن تکامل یاخته است، احساس نور معمولی یا به بیان عادی نور سفید می‌کنیم. وقتی که تنها جزئی از طیف وجود دارد، رنگهای مختلف را احساس می‌کنیم.
روش آزمایش
لامپ رویتر یا هالوژنه را روشن کرده، یک شیار باریک (یا کلیماتور که باریکه نور موازی ایجاد می‌کند) جلوی آن قرار می‌دهیم، تا یک باریکه نور ایجاد گردد. جلوی آن پرتو حاصل ، یک عدسی محدب قرار داده تا نور را روی منشوری که روی صفحه دوار قرار دارد کانونی کند. نور حاصل به یکی از یالهای منشور متوازی‌الاضلاع تابیده و از یال دیگر آن خارج و در عین حال ، تجزیه نیز میشود. در نزدیکی منشور ، وقتی طیفها خارج می‌شوند بسیار به یکدیگر نزدیک و گاهی چسبیده هستند.
به همین دلیل ، صفحه تصویر را در فاصله نسبتا دوری از سیستم ، تحت زاویه‌ای قرار دهید تا طیفهای حاصل به وضوح دیده شوند و از یکدیگر باز شده باشند. صفحه تصویر را حول محورش چرخانده تا کمترین حالت انحراف (زاویه مینیمم انحراف) پیش آید. در این حالت زاویه ورود به یال منشور با زاویه خروج از یال دوم منشور با یکدیگر مساوی هستند. وقتی منشور در حالت مینیمم انحراف باشد، بیشترین پاشندگی نوری را دارد و گستره طیف مرئی (گستره خطی و زاویه‌ای) را اندازه‌گیری کرده، متوجه خواهیم شد بیشترین بازه زاویه‌ای و خطی مربوط به حالتی است که منشور در کمترین انحراف بسر می‌برد.
سپس برای اینکه متوجه شوید همانطور که می‌توان نور سفید را تجزیه نمود، با یک عدسی همگرا می‌توان طیفهای نور سفید را دوباره در یکجا (صفحه تصویر) جمع کرد و تصویر باریکه نور سفید تابیده شده به منشور را ایجاد نمود. فقط کافی است یک عدسی با فاصله کانونی مناسب بین صفحه دوار مدرج حاوی منشور و صفحه تصویر قرار دهید و باریکه نور سفید را روی پرده مشاهده نمایید. از لوازم اپتیکی مانند توری پراش و دیوپتر ذوزنقه‌ای نیز می‌توان بجای منشور در آزمایش فوق استفاده کرد.
نتایج آزمایش
- نور سفید مخلوطی از نورهای رنگی است.
- پرتوهای به رنگهای مختلف ، دارای قابلیت انکسار مختلف هستند.
- یک ماده شفاف رنگی ، فقط نور همرنگ خود را عبور می‌دهد.
- یافتن و تولید رنگهای مکمل طیفها.
- توجیه پدیده رنگین کمان:
این تجلی زیبای رنگها وقتی در آسمان پدید می‌آید که خورشید به سمتی می‌درخشد، که ابرهای سنگین بارانی آسمان را پوشانیده است. در واقع اشعه خورشید بوسیله قطره‌های باران منکسر می‌شوند و به دنبال این انکسار ، یک انعکاس یا بازتاب درونی و سپس یک انکسار برای خروج از قطره‌های باران صورت می‌گیرد. نتیجه اینکه ، رنگهای مختلف نور ، در هنگام خروج از هم باز و گسترده می‌شوند و چشم ناظری که بر روی زمین پشت به خورشید ایستاده است، رنگهای مختلف را از جهات مختلف آسمان مشاهده می‌کند.
به سوالات زیر پاسخ دهید.
- آیا شدت نور طیفهای ایجاد شده ، همه یکسان هستند؟ چرا؟
- آیا طیفهای ایجاد شده را می‌توان دوباره تجزیه کرد؟ چرا؟
- آیا طیفهای مکمل هر رنگ را می‌توان دوباره تجزیه کرد؟
- دلیل مشاهده رنگهای مختلف بر روی حبابهای حاصل از حل شدن مواد شوینده در آب چیست؟
- چرا مخلوط آب و نفت را رنگی می‌بینیم؟
- آیا صبح دم حاله رنگین کمانی اطراف لامپ حیاط منزل را مشاهده کرده‌اید؟ این نشان دهنده چه پدیده‌ای است؟
همچنین ببینید
- پاشندگی نور در منشور
- رنگین کمان
- ساختمان چشم
- طیف نمایی
- منشور
- نور سفید
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.
نور سفید که ما می بینیم از رنگ های مختلفی تشکیل شده است که قابلیت تجزیه به رنگ های اولیه خود را دارد. یکی از وسایلی که می تواند نور سفید را تجزیه کند، منشور می باشد. علت شکست نور در منشور این است که ضریب شکست منشور برای رنگ های مختلف متفاوت است. رنگ بنفش بیشترین شکست و رنگ قرمز کمترین شکست را دارد.
پس اگر باریکه ای از نور سفید به یک منشور بتابد، نور شکسته شده به رنگ های رنگین کمان، از قرمز تا بنفش تجزیه یا تفکیک می شود. دلیل این موضوع این است که ضریب شکست 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.
هر چه طول موج کمتر باشد، نور بیشتر می شکند. یعنی نور بنفش، بیشتر از نور قرمز می شکند یا به عبارت دیگر، ضریب شکست ماده ای مانند شیشه، برای نور بنفش، بیشتر از نور قرمز است.
ترتیب رنگ های نور سفید : قرمز ، نارنجی ، زرد ، سبز ، آبی ، نیلی ، بنفش
قطره آب هم مانند یک منشور عمل می کند و می تواند نور سفید را تفکیک کندلت شکست نور در منشور این است که ضریب شکست منشور برای رنگ های مختلف متفاوت است. رنگ بنفش بیشترین شکست و رنگ قرمز کمترین شکست را دارد.
پس اگر باریکه ای از نور سفید به یک منشور بتابد، نور شکسته شده به رنگ های رنگین کمان، از قرمز تا بنفش تجزیه یا تفکیک می شود. دلیل این موضوع این است که ضریب شکست 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.
هر چه طول موج کمتر باشد، نور بیشتر می شکند. یعنی نور بنفش، بیشتر از نور قرمز می شکند یا به عبارت دیگر، ضریب شکست ماده ای مانند شیشه، برای نور بنفش، بیشتر از نور قرمز است.
ه این ترتیب ادعای بازترکیب نور سفید پس از عبور از دو منشور مشابه (شکل 1) که در همه‌جا حاضر و رایج است و به‌عنوان یک نمایش اپتیکی واقعی در کتاب‌های درسی، مقاله‌های مجله‌های علمی، برگه‌های گزارش کار آزمایشگاهی، تجهیزات نمایش‌دهنده ویژه سخنرانی‌ها، دفتر راهنمای ابزار آزمایشگاهی و مجموعه وسایل علمی، ظاهر میشود، باید کاملاً کنار گذاشته شود. با این حال، این بازترکیب در صورتی که از دو منشور مشابه استفاده شود امکان‌پذیر نیست. این موضوع را به آسانی می‌توان با اِعمال قانون اسنل در مورد پرتوهای نور موقع ورود و خروج از وجه‌های منشور بررسی کرد، چون پرتوهای متناظر با هر رنگ موازی با یکدیگر خارج می‌شوند. راه ساده‌تر برای رسیدن به این نتیجه‌گیری آن است که به نتیجه شناخته‌شده موازی بودن پرتوهای ورودی و خروجی از یک تیغه متوازی‌السطوح استناد کنیم.
امکان دیدن بازترکیب نور سفیدی که ابتدا به وسیله یک منشور تجزیه شده است با استفاده از ترتیب‌های اپتیکی بسیار پیچیده‌تر از آنچه که در این مقاله مورد انتقاد قرار گرفته است (شکل 1) و شامل استفاده از یک عدسی همگرا، آینه‌ها و یا بیش از دو منشور باشد وجود دارد. همچنین می‌توان نور سفید را با جلوگیری از ظرفیت چشم برای تفکیک هر یک از رنگهای طیف به کمک حرکت سریع یا گردآوری آنها در یک نوار بسیار باریک مشاهده کرد.
طرح آزمایش ساده‌ای در این یادداشت ارائه میشود، که به وسیله آن می‌توان آشکارا نشان داد چگونه پرتوهای رنگی نور پس از ورود به منشور اول در یک خط مستقیم به صورت موازی از منشور دوم خارج می‌شوند.
ابزار لازم برای این آزمایش عبارت‌اند از سه نشانگر لیزری (قرمز، سبز، و آبی) RGB و دو منشور که ارتفاعشان اندکی بیشتر از فاصله بالاترین و پایین‌ترین نشانگرهای لیزری کنار هم قرار گرفته باشد که در زیر توصیف میشود. ما منشورهای تو‌خالی را با چسباندن سه قطعه شیشه روی یک پایه تهیه کردیم. این منشورها باید با مایع یکسانی پُر شوند (می‌توان مایعاتی با ضریب شکست‌های مختلف به کار بُرد). ما از یک پایه و گیره آزمایشگاهی برای نگه داشتن سه نشانگر لیزری در کنار هم استفاده کردیم. اجزای این آزمایش در شکل (2) دیده میشود.
برای انجام این آزمایش باید سه نشانگر لیزری به خوبی کنار هم قرار گرفته باشند (در قاب عکسِ طرف راست شکل (2) نشان داده شده است). این وضعیت را می‌توان با لکه‌های رنگی تولید شده که در یک ردیف قائم (ستون) روی پرده مطابق شکل (3) به نمایش درآمده‌اند بررسی کرد.
پرتوهای نور را می‌توان با اضافه کردن منشورهای پر از مایع با ضریب شکست بزرگ (آب انتخاب اول است، اما می‌توان مایعات دیگری را نیز به‌کار بُرد) مانند آنچه می‌توان در شکل (4) دید پراکنده (پخش) کرد. توجه کنید چگونه لکه‌های متناظر با طول موج‌های کوتاه‌تر بیشتر منحرف می‌شوند. با قرار دادن دومین منشور پُر از مایع در مسیر پرتوها پس از اولین منشور، لکه‌های پرتوهای رنگی آشکارا دیده می‌شوند که دیگر در یک ردیف نمایان نخواهند شد. اگر فاصله بین منشورها بزرگتر شود، خارج از ردیف شدنِ لکه‌ها بارزتر میشود.
این نمایش تماشایی‌تر خواهد شد، اگر در یک اتاق تاریک انجام شود و در مسیر پرتوها برای بالا بردن دامنه دید پرتوهای رنگی نور، توده‌ای دود اضافه گردد. در این وضعیت دانش‌آموزان می‌توانند مسیر پرتوها را چنانکه به زیبایی در شکل (5) نمایش داده شده است مشاهده کنند.
https://www.roshdmag.ir/fa/article/22863/%D8%A8%D8%A7%D8%B2%D8%AA%D8%B1%DA%A9%DB%8C%D8%A8-%D9%86%D9%88%D8%B1
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.
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.
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 داردhttp://tajbakhsh-oloum.blogfa.com/post/166/%D9%BE%D8%A7%D8%B4%D9%86%D8%AF%DA%AF%DB%8C-%D9%86%D9%88%D8%B1-%D8%AA%D9%88%D8%B3%D8%B7-%D9%85%D9%86%D8%B4%D9%88%D8%B1.
