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 
آب کدام لیوان شیرین تر است؟........................................................................................شکست نور

 

 

 

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

 

 

آب کدام لیوان شیرین تر است؟

اندازه گیری ضریب شکست مایع

 


 

مقدمه:


به نظر شما اگر دریک لیوان آب مقداری قند یا شکر اضافه کنیم، سرعت نور در آن تغییر می کند؟

برای پاسخ به این سئوال، بهتر است کمی به اختلاف سرعت حرکت در پیاده رو شلوغ و خلوت فکر کنید ! البته دقت کنید این فقط یک مثال است و ماهیت نور به هیچوجه با این مثال تشابه ندارد.

سرعت نور به شرایط محیطی از جمله شلوغی یا به عبارت علمی تر چگالی محیط و جنس آن بستگی دارد. بنابراین سرعت نور با عبور از یک محیط شفاف به محیط دیگر تغییر می کند و تابعی از ویژگیهای دو محیط است. سرعت نور در هوا بیشتر از سایر محیط ها و برابر با 300 هزار کیلومتر در ثانیه است. اگرنور وارد محیط غلیظ تر شود سرعت آن کاهش می یابد. میزان این کاهش به جنس محیط بستگی دارد به همین دلیل میزان کاهش سرعت نور در آب شکر با آب نمک متفاوت است. همچنین اگر غلظت همان آب شکر را تغییر بدهیم ، سرعت نور باز هم تغییر می کند. کمیتی که نمایانگر این تغییر سرعت نوراست و جنس محیط را برای سرعت انتشار نور مشخص می کند، ضریب شکست نامیده میشود. ضریب شکست هوا را با خلا یکی می گیریم و فرض می کنیم سرعت نور در هوا همان 300 هزار کیلومتر بر ثانیه و ضریب شکست یک باشد. ضریب شکست بقیه محیطهای شفاف مثل شیشه، آب، آب شکر و غیره بیشتر از یک است و در نتیجه سرعت نور در آنها کمتر از مقدار بالا است.

اگر نور از هوا وارد یک محیط شفاف (مانند آّب) بشود بخاطر تغییر سرعت، دچار شکست می شود. بنابراین ما میتوانیم با اندازه گیری میزان شکست پرتو در آن، ضریب شکست را بدست آوریم. اگر محیط شفاف محلول آب و شکر باشد این ضریب شکست معیاری از غلظت مایع است و با مشخص کردن آن می توانیم آب شیرین تر را حدس بزنیم !

رابطه تغییر زاویه پرتو نور هنگام تابیدن به سطح آب را رابطه اسنل می نامند.

n1 sin(θ1) = n2 sin(θ2)

این رابطه نشان می دهد که اگر پرتو نور به صورت مایل به سطح مایع بتابد زاوبه آن تغییر می کند و دچار شکست می شود. مانند شکسته شدن قاشق در لیوان آب که بطور روزمره شاهد آن بوده اید. باید خاطرنشان کرد که رابطه اسنل، همچنین نشان می دهد که اگر پرتو نور به صورت عمودی به سطح آب بتابد، دچار شکست نخواهد شد.

 

 

 

هدف :


در اینجا قصد داریم ضریب شکست مایع را با اندازه گیری زاویه شکست نور لیزر پس از تابیدن به سطح مایع و در نتیجه سرعت نور و همچنین غلظت شکرافزوده شده را که موجب افزایش ضریب شکست شده است، بدست آوریم. هرچند دقت این اندازه گیری چندان بالا نیست ولی حداقل دید خوبی از تغییر سرعت نور در محیط با تغییر غلظت شکر می توان تخمین زد.


چه می خواهیم انجام دهیم و به چی نیاز داریم:


اگر محلول آب شکر با غلظتهای مختلف را در یک ظرف با سطوح تخت (مثل یک آکواریوم) بریزیم و نور لیزر را با زاویه مناسب به آن بتابانیم میتوانیم با اندازه گیری زاویه شکست، ضریب شکست را تخمین بزنیم.

برای انجام این آزمایش به اقلام زیر نیاز داریم:

- لیزر با پایه مناسب

- آکواریوم کوچک

- محلول آب و شکر در غلظت های مختلف

- کاغذ میلیمتری، قلم و خط کش


برای انجام علمی تر آزمایش و افزایش دقت این روشها به شما کمک می کند:


- تکنیک اندازه گیری زاویه پرتو لیزر

- تکنیک موازی سازی پرتو لیزر با میز


آزمایش:


- ابتدا چند محلول آب و شکر با غلظتهای متفاوت درست کرده و مقدار شکر و آب مصرفی را درهر مورد یادداشت کنید.

- لیزر را روی نگهدارنده نصب کرده و آن را با سطح همتراز نمایید. توجه داشته باشید که در طول آزمایش، لیزر جابجا نشود.

- یک کاغذ میلی متری روی میز آزمایش قرار داده و با چسب محکم کنید.

- آکواریوم را روی کاغذ ومقابل لیزر قرار دهید. برای اینکه نتایج قسمت های مختلف آزمایش قابل مقایسه با یکدیگر باشند، بایستی موقعیت لیزر و آکواریوم در تمام مراحل آزمایش ثابت باشد به همین دلیل پیشنهاد میشود که محیط آکواریوم را روی کاغذ شطرنجی رسم کنید تا در صورت جابجایی، بتوانید آنرا سر جای خودش برگردانید.

- غلیظ ترین محلول آب و شکر خود را به آرامی درون آکواریوم بریزید. دقت کنید کاغذ شطرنجی خیس نشود.

- لیزر را روشن کنید.

خواهید دید که پرتو لیزر تابیده شده به آکواریوم، از وجه مقابل و موازی با پرتو اولیه خارج میشود و البته زاویه تابش بیشتر، زاویه شکست بیشتری ایجاد کرده و دقت اندازه گیری را افزایش می دهد. امتداد مسیر پرتو لیزر را روی کاغذ شطرنجی رسم کنید.

برای اینکار میتوانید با کمک یک قوطی (که تابش لیزر را خوب نمایان میکند) نقطه ورود و خروج پرتو از آکواریوم را روی صفحه شطرنجی علامت بزنید. با اتصال این نقاط به یکدیگر، مسیر پرتو فرودی و شکسته شده در آکواریوم را خواهید داشت.

 

 

 

 


 

- زاویه تابش و شکست را اندازه بگیرید.

- با استفاده ازرابطه اسنل، ضریب شکست محلول را محاسبه کنید.

- مقابل نقطه خروج پرتو از آکواریوم، که پیش از این مشخص کرده اید، ضریب شکست و غلظت محلول را بنویسید.

- حال آکواریوم را خالی کرده و محلول بعدی را درون آن بریزید. دقت کنید که آکواریوم را دقیقا در موقعیتی که در ابتدای آزمایش علامت زدید، برگردانید.

- این بار هم، مثل مرحله قبل، زاویه تابش و شکست را یافته وضریب شکست را محاسبه کنید.

- مقابل نقطه خروج پرتو، ضریب شکست وغلظت محلول را بنویسید.

- این مراحل را برای سایر محلول ها انجام داده ونتایج را مقایسه کنید و سرعت نور در هر محلول را بدست آورید.

حال شما دستگاهی دارید که میتوانید با کمک آن غلظت و ضریب شکست مجهول هر محلول آب و شکر دیگر را تخمین بزنید. به این فرآیند که طی آن نتایج آزمایش را به گونه ای مرتب کنیم که با استفاده از آنها سایر مقادیر مجهول برآورد گردد ، کالیبره کردن دستگاه می گویند. با کالیبره کردن این دستگاه منظورمان مشخص کردن غلظت و ضریب شکست برای چند محلول مشخص است که بر اساس آن مقدارها بتوانیم غلظت و ضریب شکست محلول مجهول را بدست آوریم.


به چه کار می آید:


- اندازه گیری ضریب شکست و غلظت مجهول مایعات در شیمی و صنایع غذایی


سؤال، پیشنهاد و نکته:


- دو محلول مختلف خود را در يك ظرف ديگر ريخته و ضريب شكست محلول جديد را بدست آوريد. به نظر شما سرعت نور در محلول جديد رابطه ای منطقی با غلظت دو محلول دارد یا نه؟

- زاویه تابش را زیاد کنید. آیا می توانید به زاویه حد برسید؟ در چه شرایطی به زاویه حد می رسید؟ دقت اندازه گیری برای زاویه حد بیشتر است یا زوایای دیگر؟


آزمایشهای مرتبط:

آیا نور خمیده هم میشود؟

چرا نقش انگشت ما بر روی لیوان پر از آب دیده میشود؟

آیا این آب خالص است؟

 


بیشتر بدانید:


شکست نور- ضریب شکست- ماهیت نور- بازتابش کلی-

 

 

 

 

بازگشت


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