شنبه, 25 آذر 1396

به سـایـت هـیـجـان بـا نـور و لـیـزر خـوش آمـدیـد

بـخـش آزمـایـشـگـاه را حـتـما مـشـاهـده کـنـیـد

مـنـتـظـر نـظـرات شـمـا هـسـتـیـم

سوالات خود را از طریق بخش "از متخصص نور بپرس" ارسال کنید

اگر ایده ای دارید در بخش "کار های شما" می توانید برای ما ارسال کنید

 خــــوش آمـــــدیـــــــد 
آیا نور خمیده هم میشود؟............................................................................................ شکست نور

 

 

 

 

استفاده از مطالب این سایت، بدون ذکر منبع، مجاز نمی باشد.


 

آیا نور ، خمیده هم می شود؟

بررسی شکست نور در مایعات با چگالی متغیر

 

مقدمه:

یک آکواریوم پر از آب را درنظر بگیرید. وقتی که پرتو لیزر با زاویه مناسب به آن بتابد شاهد شکست نور خواهیم بود. علت شکست نور هنگام گذر از محیطی به محیط دیگر اختلاف سرعت نور در آن دو محیط است. مقدار زاویه شکست به اختلاف ضریب شکست دو محیط بستگی دارد. اگر نور را از کنار آکواریوم به نحوی بتابانیم که نور را به سمت سطح آب نشانه بگیریم ممکن است در زاویه مناسب شاهد بازتاب نور از سطح آب به داخل آکواریوم باشیم. این بازتاب که بازتاب کلی نام دارد، برای پرتوهای تابشی از محیط غلیظ به رقیق و در زاویه تابش بیشتر از زاویه ای بنام زاویه حد اتفاق می افتد که به اختلاف ضریب شکست بستگی دارد. حال اگر مایعی داشته باشیم که ضریب شکست آن در قسمت های مختلف مایع، متفاوت باشد؛ انتظار داریم که مراتب شکست پرتو هم متعدد شود. بعبارت دیگر نور در عبور از لایه های مایع که ضریب شکست های مختلف دارند، چندین بار با زاویه های مختلف می شکند و هر بار زاویه شکست فرق می کند و مسیر انشار نور لیزر خمیده می شود. برای این تجربه می توانیم مقداری قند در ظرف آب بریزیم و بدون اینکه آن را هم بزنیم ،اجازه دهیم تا خودش حل شود  و یا اینکه ابتدا ظرف را تا نیمه از آب پر کرده ، قند را در آن حل کنیم و سپس آب را به آرامی روی آن بریزیم به نحوی که آب و آب قند در هم ادغام نشوند. قسمت پایین غلظت و ضریب شکست بیشتر و قسمت بالایی که رقیق تر است،ضریب شکست کمتری دارد و در صورتیکه مرز دقیقی نداشته باشند غلظت و در نتیجه ضریب شکست به تدریج تغییر می کند. حالا اگر نور لیزر را به فصل مشترک این دو بخش بتابانیم، همانطور که انتظار داریم در آنجا نیز شکست اتفاق می افتد که به علت نداشتن مرز دقیق، زاویه این شکست به تدریج تغییر می کند. در زاویه ی بازتاب کلی از محیط غلیظ به محیط رقیق یعنی از آب قند به آب معمولی نیز، پرتو نور مسیر مستقیم را طی نمی کند و به تدریج زاویه شکست نور عوض شده و روی یک منحنی حرکت می کند. البته در غلظت های بالا که اختلاف در ضریب شکست زیاد باشد، این پدیده مشهودتر خواهد بود.


هدف:

هدف از این آزمایش تجربه دیدنی خمیده کردن پرتو لیزر در عبور از مایع با غلظت متغیر است. در این آزمایش اثر تغییر غلظت مایع را بر شکست پرتو فرودی و تغییر مسیر آن بررسی کنیم.


چه می خواهیم انجام دهیم و به چی نیاز داریم:

در اینجا می خواهیم خمیده شدن مسیر پرتو نور لیزر را بخاطر عبور از آب قندی که غلظت یکنواختی ندارد، مشاهده کنیم. به این منظور به اقلام زیر نیاز داریم:

- لیزر با پایه مناسب

- آکواریوم

- مقداری آب و شکر

- قاشق یا سرنگ برای افزودن تدریجی آب


آزمایش:

-با استفاده از مقداری شکر و آب، محلول غلیظ آب و شکر درست کنید به اندازه ای که تقریبا یک سوم ظرف را پر کند.

- سپس به آرامی به همان میزان آب به ظرف اضافه کنید بطوریکه آب با محلول قبلی مخلوط نشود. برای اینکار میتوانید از یک قاشق یا سرنگ استفاده کنید. به اين ترتيب در ته ظرف محلول آب و شکر تشكيل شده كه نسبت به آب غليظ تر است و هر چه به سطح نزدیکتر میشویم از چگالي آن کاسته میشود.

- پرتو ليزر را به صورت مماس بر سطحی که آب را از محلول جدا میکند، به آن بتابانيد.

- به مسير نور در آب توجه كنيد. مشاهده خواهید کرد كه پرتو ليزر چگونه در اثر افزایش ضريب شكستِ مايع خميده مي شود.


 

 

به چه کار می آید:

از این آزمایش می توان برای ارزیابی تغییر چگالی مایع استفاده کرد. البته محیطهای دیگر با چگالی غیر یکنواخت نیز همین اثر را دارند و شاهد خمیده شدن نور خواهیم بود.

از این پدیده برای ساخت قطعات اپتیکی مختلف بر اساس تغییر ضریب شکست تدریجی استفاده می شود. از جمله این قطعات فیبرهای نوری با ضریب شکست تدریجی و عدسی ضریب شکست تدریجی را می توان نام برد.


سؤال پیشنهاد ونکته:

- یک صفحه مدرج بر کناره آکواریوم بچسبانید و سعی کنید با مشخص کردن تعداد زیادی از نقاط متناظر با مسیر حرکت پرتو بر روی آن صفحه ، تقریب خوبی از معادله ی مسیر باریکه  به دست آورید؛ برای این کار می توانید از یک نرم افزار رسم نمودار کمک بگیرید. (پیش از مشخص کردن نقاط بر روی صفحه ی مدرج راجع به عوامل بروز خطا در تعیین مکان این نقاط خوب فکر کنید!) حال می توانید به کمک معادله ی موسوم به معادله ی پرتو میزان تغییر ضریب شکست را بر حسب ارتفاع از کف ظرف (و یا به طور معادل عمق از سطح ظرف) به طور کمی بررسی نمائید. اگر راستای موازی با قاعده ی ظرف و صفحه ی مدرج را محور z و راستای موازی با صفحه ی مدرج و عمود بر قاعده را محور y در نظر بگیریم، در صورتی که شیب مسیر حرکت پرتو به نحوی کاملاً ملایم تغییر کند، رابطه ی زیر برقرار است:

 


که در آن n ضریب شکست محیط می باشد. در صورتی که ظرف به کار رفته به قدر کافی عمیق باشد می توان به تقریب ضریب شکست آب خالص را برای این کمیت در سطح آب منظور نمود که مقداری ثابت است. حال می توانید به کمک معادله ی مسیری که به طور تجربی تعیین کرده اید میزان تغییر ضریب شکست را بر حسب عمق در نزدیکی سطح محاسبه کرده و رابطه ی توصیف کننده ی این کمیت را بر حسب مختصات y و z در نقاط نزدیک به سطح به دست آورید و از این نتیجه برای دستیابی به رابطه ای مشابه برای اعماق بیشتر بهره گیرید.

-می توانید درباره مسیر نور خورشید هنگام غروب افتاب فکر کنید. آیا این مسیر خمیده نیست؟

- می توانید مقداری قند یا شکر در ظرف آبی بریزید و بدون هم زدن عبور پرتو لیزر از آن را بررسی کنید. لکه لیزر در طرف مقابل بر حل شدن و یکنواخت شدن لیزر حرکت خواهد کرد و سرعت حرکت آن به چگونگی پخش قند در آب بستگی دارد.


آزمایشهای مرتبط:

 

آب کدام لیوان شیرین تر است؟ 

 


بیشتر بدانید:

شکست نور

 

 

 

 

 

 

بازگشت


Info| Info| Info| Info| Info| Info| Info| Info| Info