فزیک اول دبیرستان ص2

قلمي را مطابق شكل در آب فرو مي بريم ملاحظه مي شود قلم در آب شكسته ديده مي شود. علت اين است پرتوهاي تابش از قسمتي از قلم كه در داخل آب قرار دارند، در سطح مشترك آب و هوا مي شكنند و به چشم ما مي رسند به عنوان مثال اگر نقطهA  را در انتهاي قلم در نظر بگيريم.

پرتوهايي كه ازA تابش مي شوندبعد از شكست در سطح آب به چشم ما مي رسند و به نظر مي رسد كه پرتوها از نقطه ديگري مانند به نظر مي رسد سكه اي را در ته ليواني قرار مي دهيم و از روبروو بالا به آن نگاه ميكنيم و در همان حال روي آن آب مي ريزيم. با ريختن آب در ليوان سكه قدري بالاتر به نظر خواهد رسيد. علت را بررسي مي كنيم.

نقطه مانند A روي سكه را در نظر مي گيريم. پرتوهاي تابش از A در مرز مشترك دو محيط آب و هوا شكست پيدا مي كنند و به چشم ما مي رسند. پرتوها از نقطه بالاتري مانند  تابش شده اند در نتيجه ما سكه را كمي بالاتر مي بينيم.

شكست نور: انحراف و تغيير مسير ناگهاني به هنگام برخورد به سطح جدايي را شكست نور مي گويند.

وقتي كه نور به طور مايل از يك محيط شفاف وارد محيط شفاف ديگري شود در سطح جدايي دو محيط مسيرش تغيير مي كند. اين پديده را شكست نور مي ناميم.

بارها شما پديده شكست نور را در اطراف خود مشاهده كرده ايد. به عنوان مثال وقتي كه كنار استخر مي رسيد عمق استخر را كمتر تشخيص مي دهيد يا وقتي كه انتهاي خطكش را در آب فرو مي بريد خط كش شكسته به نظر مي رسد. تمام اين پديده ها به اين علت است كه نور هنگام ورود از محيط شفاف آب به محيط شفاف ديگر مي شكند و مسيري مستقيم را طي نمي كند. به شكل زير توجه كنيد:

در اين شكل پرتو نور A از داخل آب تابش شده است در نقطه M به سطح مشترك در محيط شفاف (آب و هوا) رسيده سپس در آن جا تغيير مسير مي دهد و به نقطهB مي رود. طبق يك قانون كلي اگر نور از محيط غليظ به محيط رقيق برسد از خط عمود بر سطح مشترك دو محيط  دور مي شود. در اينجا محيط غليظ آب و محيط رقيق هوا است. پرتو A پرتو تابش و پرتو CB پرتو شكست ناميده مي شوند.

بنابر اصل كلي، پرتو نور همواره مسيري را طي مي كند كه عكس آن را هم مي تواند طي كند، پرتوهاي نوري هنگام ورود از يك محيط رقيق به محيط غليظ شكست پيدا كرده و به خط عمود نزديك مي شوند، عكس اين اتفاق هم خواهد افتاد. يعني پرتو نور هنگام ورود از محيط غليظ، به محيط رقيق مي شكند ولي اين بار از خط عمود دورتر مي گردند. در شكل زير نور هنگام ورود از محيط رقيق A به محيط غليظ B شكسته مي شود.

سطح مشترك بين دو محيط شفاف را سطح جدايي و مجموعه دو محيط شفاف با ضريب شكست هاي متفاوت را ديوپتر گويند.

 به سطح جدايي دو محيط در يك ليوان پر از آب توجه كنيد.

هنگامي كه  نور از يك محيط وارد محيط ديگر مي شود از مسير خود منحرف مي شود وسرعت آن تغيير مي كند كه اين پديده را شكست نور مي ناميم. وقتي كه نور از محيط n₁وارد محيط n₂ مي شود. اگر زاويه تابش (زاويه بين پرتو تابش و خط عمود) را I و زاويه شكست (زاويه بين پرتو شكست و خط عمود) را r بناميم.

اگر  باشد r< i  و اگر  باشد r>i می باشد.

نكته: وقتي نور از محيطي وارد محيط ديگري شود اگر به طور عمود وارد شود منحرف نمي شود.

مثال 5-1: در شكل مقابل در مورد  در هر كدام از شكلها چه مي توان گفت؟

 1)                                     2)                                          3)                                       4)   

پاسخ: در شكل (1) پرتو از محیط اول به محیط دوم تابيده (با زاويه I ) و بدون انحراف وارد محيط دوم شده پس  در شكل (2) پرتو از محيط اول به محيط دوم تابيده و از خط عمود دور شده است. پس: 

در شكل (3) پرتو از محيط   اول به محيط دوم تابيده و به خط عمود نزديك شده است. پس:

در شكل (4) پرتو به طور عمود از محيط اول به محيط دوم تابيده و منحرف نشده پس در مورد آنها نمي توان اظهار نظر كرد.

فعاليت تحقيقي

در شكل مقابل n₁ و n₂ و n₃ را با هم مقایسه کنید.

 پاسخ: پرتو از هوا با زاويه I به محيط   اول تابيده و با زاويه r وارد آن شده است و در امتداد شعاع از محيط اول وارد محيط دوم شده است.

بنابراين چون در امتداد شعاع تابيده از محیط اول به محیط دوم به طور عمود تابيده و در هر صـورت منحــرف نخــواهد شـد. پس در مورد اول و دوم نمي تــوان اظهار نظر كرد. ولي موقع عبور نور از محيــط دوم به محیط سوم پرتو از خط عمود دور شده پس محیط سوم بزرگتر از محیط دوم می باشد.