بررسی تجربی قوانین اسنل

واضح آرشیو وب فارسی:فان پاتوق: مقدمه

شکست نور عبارت است از انحراف ناگهانی مسیر پرتوهای نور وقتی که بطور مایل از یک محیط شفاف مانند هوا ، وارد محیط شفاف دیگری مانند آب یا شیشه بشوند. این پدیده را بدون استثناء همه ما در زندگی روزمره خود بارها تجربه و مشاهده کرده.ایم و چون بطور مکرر تکرار شده در نظر ما کاملا طبیعی و عادی جلوه.گر شده.اند. برای مثال وقتی لبه استخر پر از آب ایستاده.ایم، کف استخر بالاتر به نظر رسیده و احتمال دارد ما را گمراه سازد. یا پدیده سراب ، ماهی که در یک تنگ شیشه.ای نیمه.پر قرار دارد، میله چوبی که بطور مایل در لیوان پر از آب فرو رفته ، در محل فرورفتن در آب شکسته می.بینیم.

یا یک قطعه شیشه ضخیم تخت را روی صفحه.ای از کتاب بگذاریم، نوشته.ها چطور به نظر می.رسند، همه. اینها نمونه.ای از پدیده شکست نور هستند. اولین فرمولبندی و بدست آوردن رابطه.ای که ارتباط بین پارامترهای مختلف و شرایط محیطی حاکم بر آنها را کاملا مشخص و روشن می.کند، توسط دو دانشمند به نامهای اسنل و دکارت که قوانین مربوطه نیز به نام خودشان معروف می.باشد، انجام شد. شما هم می.توانید بر اساس انتشار نور به خط راست با آزمایشهای ساده.ای قوانین شکست نور را بدست آورید.

تئوری آزمایش

زاویه تابش i زاویه.ای است که میان پرتو تابش و خط عمود بر سطح در محل تابش درست می.شود و زاویه شکست r زاویه.ای است که بین پرتو شکست و خط عمود تشکیل می.گردد. وقتی نور از هوا یا خلا وارد ماده چگالتری مانند شیشه یا آب می.شود، طوری می.شکند که پرتو شکست به خط عمود نزدیکتر می.شود. برعکس ، هنگامی که نور از ماده.ای چگالتر از هوا (مانند شیشه یا آب) وارد هوا می.شود، پرتو شکست از خط عمود دور می.شود. در نتیجه زاویه شکست از زاویه تابش بزرگتر است.
قوانین شکست نور (قوانین اسنل - دکارت)

پرتو تابش و پرتو شکست و خط عمود بر سطح جدا کننده دو محیط در نقطه تابش ، هر سه در یک صفحه.اند.

برای دو محیط شفاف معین ، نسبت سینوس زاویه تابش به سینوس زاویه شکست مقداری ثابت است. این مقدار ثابت را ضریب شکست محیط دوم (یعنی محیطی که پرتو شکست در آن قرار دارد) نسبت به محیط اول (یعنی محیطی که پرتو تابش در آن واقع است) می.نامند و آن را با حرف n نمایش می دهند.

n=Sini/Sinr
علت شکست نور ، به هنگام عبور از یک محیط به محیط دیگر ، در واقع این است که سرعت نور در دو محیط مجاور هم متفاوت است. اگر سرعت نور در هوا V و در محیط شفاف دیگر V باشد، روابط زیر برقرارند:

ضریب شکست هر محیط نسبت به محیط دیگر بستگی به جنس دو محیط دارد.

`Sini/Sinr= n =V/V
مثلا نسبت سرعت نور در هوا به سرعت نور در آب برابر 33/1 است که این عدد درست برابر ضریب شکست آب است. حال اگر نور از محیط شفاف 1 (مثلا آب) به ضریب شکست n1 وارد محیط شفاف (مثلا شیشه) به ضریب شکست n2 بشود ضریب شکست محیط 2 نسبت به محیط 1 برابر:

(سرعت نور در محیط 2/سرعت نور در محیط 1)n2,1 = n2/n1 = v1/v2
تحقیق تجربی قانون دوم شکست نور

وسایل لازم

منبع نور (با یک شکاف نازک) صفحه گرد مدرج و کاملا تخت که بر حسب درجه مدرج شده باشد. نیم استوانه شیشه ای با ضخامت کم.

شرح آزمایش

به کمک این اسباب به آسانی می.توان قانون دوم شکست را تحقیق کرد. روش آزمایش بدین صورت می.باشد که قسمتی از پرتو باریک منبع نوری از روی وجه مسطح نیم استوانه که مرکز آن منطبق بر مرکز صفحه مدرج بوده و امتدادها طبق شکل درست در دو طرف ˚90 می.باشد، بازتابیده شده و قسمت دیگر وارد نیم استوانه می.شود و در آن شکست می.یابد. مسیرهای پرتوهای تابش و شکست روی صفحه مدرج دیده می.شود.

زاویه.های تابش و شکست به آسانی اندازه گرفته می.شوند. بدون تغییر دادن راستای پرتو تابش ، صفحه مدرج (و درنتیجه نیم استوانه شفاف) را چرخانده و زاویه تابش را از صفر تا نزدیک ˚90 تغییر داده و برای هر زاویه تابش ، زاویه شکست مربوط به آن را روی صفحه مدرج اندازه گرفت و تحقیق کرد که Sini/Sinr همواره مقدار ثابتی است. حال همین آزمایش را برای موادی دیگر نظیر آب و کوارتز و ... تکرار نمایید.

ضریب شکست پاره.ای از مواد شفاف نوع ماده ضریب شکست هوا 1.00 آب 1.33 بنزن 1.50 سولفید کربن 1.63 کوارتز 1.46 شیشه کراون 1.52 شیشه فلینت 1.66 پلکس گلاس (پلی اتیلنی) 1.50 الماس 2.42

این بررسیها نشان می.دهد که قوانین اسنل - دکارت بدون وابستگی محیط همواره پابرجا هستند.
نتایج آزمایش

این آزمایش موئید اصل انتشار نور به خط مستقیم است.

قوانین بازتابش و شکست نور ، مستقل از طول موج نور و هندسه سطح تابشی است.

قوانین اسنل - دکارت بدون وابستگی به نوع محیط همواره پابرجا هستند.

در طراحی و ساخت کلیه دستگاههای نوری از جمله عدسی (تنظیم ابیراهیها و ...) ، انواع دوربین عکاسی ، تلسکوپ ، میکروسکپ و ... . سوالات

در زیر سئوالاتی مطرح شده که آنها با مفهوم شکست نور توجیه می.شوند؟

اگر چوب را تا قسمتی از آن بطور قائم در آب فرو بریم چگونه به نظر خواهد رسید؟

اگر یک پرتو نور بطور عمودی بر سطح یک محیط شفاف بتابد، چگونه وارد این محیط می.شود؟

اگر n ضریب شکست شیشه نسبت به هوا باشد، ضریب شکست هوا نسبت به شیشه چیست؟

با توجه به این که نور ستارگان از خلا وارد جو زمین می.شوند، آیا ستارگان بویژه آنها که به سطح افق نزدیکترند در جای حقیقی خود دیده می.شوند؟

فرض کنید با یک زاویه ثابت به یک پارچ کدر که ته آن برای ما قابل روئیت نیست و ته پارچ یک سکه قرار داده شده ، تماشا می کنیم، چه روشی پیشنهاد می.کنید تا در شرایط مذکور بدون تغییر وضعیت موجود ، سکه مشاهده شود؟

این صفحه را در گوگل محبوب کنید

[ارسال شده از: فان پاتوق]

[مشاهده در: www.funpatogh.com]

[تعداد بازديد از اين مطلب: 435]