چهارشنبه, 28 شهریور 1397

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 
چرا آسمان آبی است و ابرها سفید هستند؟.........................................................................................................پراکندگی / قطبش

 

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

 

 

چرا آسمان آبی است و ابرها سفید هستند؟

 

مشاهده مسیر انتشار نور لیزر در آکواریوم و بررسی پراکندگی


 

مقدمه:

پراکندگی نور از جمله پدیده هائی است که به طور روزمره با آن سر و کار داریم و باعث دیده شدن اجسام پیرامون ما می شود . هنگامی كه یک دسته پرتو موازی به ‏سطحی نا صاف و كدر می تابند، بازتاب آنها به ‏صورت پرتوهایی است كه در جهات مختلف ‏پراكنده شده و به چشم ما میرسند و به این ترتیب ما اجسام را در نتیجه ی پراکنده شدن نور از سطح آنها، میبینیم. درصورتیکه سطح تمام اجسام کاملاً صیقلی بود، بازتابهای بسیار زیاد ناشی از آن سطوح مانع می شد که آنها را به صورت کنونیشان ببینیم.

رنگ آبی آسمان، رنگ سفید ابر و فواره و همین طور رنگ ناشی از عبور پرتو لیزر از درون مایع نیز نمونه های به نسبت پیچیده تری از پدیده ی پراکندگی می باشند. تنوع شرایطی که پدیده ی پراکندگی در آنها اهمیت می یابد موجب میشود که از زوایای گوناگون به این پدیده نظر بیفکنیم. بدین منظور می توان تمام پدیده های پراکندگی را در قالب دو گروه اصلی دسته بندی کرد: پراکندگی از ذرات معلق در هوا و مایعات و همچنین پراکندگی از سطح. در ادامه به پراکندگی از ذرات معلق میپردازیم.

پراکندگی از ذرات معلق به نوع و ابعاد ذرات بستگی دارد. اگر ذرات خیلی ریز باشند پراکندگی وابستگی طول موجی نیز خواهد داشت. به همین دلیل است که با پراکندگی نور از جو زمین، آسمان در روز به رنگ آبی و هنگام غروب به رنگ قرمز دیده میشود. برای ذرات بزرگتر و کروی، پراکندگی وابستگی کمتری به طول موج دارد مثلاً در مورد ذرات آب معلق در ابر، پراکندگی وابستگی چندانی به طول موج ندارد بنابراین تمام طول موجها به یک میزان پراکنده گشته و در نهایت ابر به رنگ سفید دیده می شود.

پراکندگی پدیده ی جالبی است که می توان به کمک آن به اطلاعات بیشتر و دقیقتری در رابطه با نور و محیط پراکننده دست یافت. زمانی که جذب نور در محیط ناچیز باشد، با برخورد نور به عامل پراکننده، بارهای مثبت و منفی محیط به ارتعاش در آمده و در نتیجه ی آن تابش می کنند. یکی از ویژگیهای این نوع تابش آن است که می تواند قطبیده باشد. قطبش نور پراکنده شده، در راستای عمود بر امتداد انتشار قابل ثبت و بررسی است. در واقع نوری که از آسمان به ما می رسد نیز به همین علت قطبیده می باشد و مشاهده ی آن به جهت تابش و موقعیت ما بستگی دارد که می توان به کمک یک قطبشگر آن را بررسی کرد.


هدف:

پراکندگی نور از جوموجب میشود که ما آسمان را آبی ببینیم.  تغییرات رنگی آن هنگام طلوع و غروب خورشید نیز  بخاطر وابستگی پراکندگی به طول موج نور و اندازه ذرات پراکننده است. بنابراین اگر از جو زمین خارج شویم، آسمان را به رنگ سیاه خواهیم دید. چون در فضا ذرات پراکننده نور وجود ندارند و بنابراین نور خورشید و ستارگان در محیط پراکنده نمیشود. به همین دلیل است که خط نور لیزر نیز در اتاق دیده نمیشود و برای مشاهده آن باید اطاق را تاریک کرده و مسیر را با ذراتی از قبیل گرد و خاک، اسپری، دود یا ذرات ریز دیگر پر کنیم  تا نور لیزر در مسیر پراکنده  شود. در این آزمایش قصد داریم با افزودن مواد مختلف به آب آکواریوم، پراکندگی پرتو لیزر را بررسی نماییم.


چه می خواهیم انجام دهیم و به چی نیاز داریم:

می خواهیم نور لیزر را از ظرف حاوی آب عبور دهیم و با افزودن مواد پراکننده قطبش را بررسی کنیم. برای بررسی پراکندگی نور لیزر در اثر مواد متفاوت، به اقلام زیر نیاز داریم:

- لیزر با پایه مناسب

- آکواریوم پر از آب

- -چند قطره شیر کم چرب و چای


آزمایش:

لیزر را روی پایه نصب کنید و آن را مقابل ظرف آب قرار دهید.

- لیزر را به ظرف بتابانید.

هرچه آب صاف تر و املاح آن کمتر باشد خط نور سخت تر دیده خواهد شد بطوریکه استفاده از آب مقطر، مشاهده این خط را به حداقل می رساند و ممکن است فقط در اطاق تاریک بتوانید خط را ببینید. البته خط نور در راستای عمود بر آن سخت تر دیده می شود و در راستای خود نور ،احتمال دیده شدن بیشتر میشود.

- کمی چای به آب آکواریوم اضافه کنید. خط نور را مشاهده خواهید کرد.

البته پراکندگی در تمام راستاهای عمود بر انتشار نور لیزر تقریبا دیده می شود و تغییرات کمتری دارد. ذرات پراکننده برگ چای، جاذب نور لیزر هستند و نوع برهمکنش لیزر با آنها فرق می کند. در واقع در این حالت ذرات چای موانع ریز و نامنظمی هستند که نور را در جهات مختلفی بازتاب می کنند.

- حالا چند قطره شیر کم چرب اضافه کنید. باز هم شاهد خط نور خواهید بود.

شیر، نور لیزر را جذب نمی کند ولی ملکولهای چربی در شیر به صورت معلق و کلوییدی در می آیند و می توانند نور را پراکنده کنند. به ملکولهای چربی شیر، ذرات پراکننده می گوییم. جالب است که پراکندگی در قطبش نور اثر دارد و چون نور لیزر استفاده شده (لیزر دیودی) تقریبا قطبیده خطی است در برخی راستاهای عمود بر راستای انتشار نور لیزر، پراکندگی پر نور و در راستای عمود بر آن پراکندگی حذف می شود. این نکته مهمی است که نشان دهنده چگونگی برهمکنش غیر جذبی نور با ملکولهای شیر است.

 

-وسط عدسی را با یک تکه کاغذ سیاه بپوشانید تا نور عبوری از آن قسمت، از تصویر حذف شود. حال عدسی را طوری مقابل لیزرقرار دهید که باریکه به مرکز عدسی تابانده شود. به تصویر باریکه بر روی پرده دقت کنید.

حال بدون تغییر در چیدمان آزمایش، آکواریوم حاوی آب و شیر را بین لیزر و عدسی قرار دهید. چا تغییری در تصویر باریکه لیزر بر روی پرده می بینید؟

آزمایش (پیشرفته تر):

با استفاده از یک قطبشگر، میتوانید تاثیر پراکندگی را بر قطبش نور بررسی کنید.

-قطبشگر را در مقابل آکواریوم حاوی آب، طوری قرار دهید که در مسیر باریکه لیزر باشد. سپس آن را به قدری بچرخانید تا محور آن بر قطبش لیزر عمود شده و در کمترین حالت روشنایی قرار گیرد.

 

-حال به آهستگی چند قطره شیر کم چرب به آب آکواریوم اضافه کنید. چه تغییری در حالت خاموشی قطبشگر و میزان روشنایی آن می بینید؟

 

به چه کار می آید:

پراکندگی در مطالعه ساختار مواد و عناصر موجود در آنها کاربرد دارد.

می توان با اندازه گیری میزان پراکندگی به مقدار عوامل پراکننده پی برد.

دستگاههای اندازه گیری تجاری که بر اساس این تکنیک کار می کنند برای ارزیابی عامل های پراکننده بکار می روند.

مثلا در یک سیلوی آرد، سطح آرد موجود را با اندازه گیری پراکندگی ناشی از غبار آرد می توان تخمین زد و سیستم سیلو را اتوماتیک کرد.

 

سؤال پیشنهاد ونکته:

-راجع به آبی آسمان و سفیدی ابر که در اثر پراکندگی است مطالعه و فکر کنید.

-از نور غیر قطبیده در مطالعه پراکندگی استفاده کنید و اثر آنرا در قطبش مشاهده کنید.

-مواد مختلفی را برای پراکندگی تجربه کنید و نتیجه را بررسی کنید.

-پراکندگی های قابل مشاهده در زندگی روزمره مثل پرتوهای خورشید که از لابلای ابرها دیده می شود یا پرتوهای نور از روزنه های بازار را بررسی کرده و با تجربه های این آزمایش مقایسه کنید.

 

- در مورد قطبش نور پراکنده شده می توانید بررسی هایی را انجام دهید و نتیجه گیری کنید. این نتیجه گیری با نتیجه ای که در قطبش نور در زاویه بروستر اتفاق می افتد ارتباط دارد.

- کسب اطلاعات از محیط اطراف، برای ما امری ضروری است. مثلا اگر در محلی انفجار و اتش سوزی صورت بگیرد، شناختن گاز های موجود در آنجا مهم است.بعنوان مثالی دیگر، برای اندازه گیری فاصله یا شناسایی محتویات یک تکه ابر در آسمان، میتوان با متمرکز کردن نور پراکنده شده و ارزیابی آن، اطلاعاتی پیرامون محتوایات و نیز ابتدا و انتهای ابر بدست آورد .

- وقتی که نور را به آسمان می تابانیم،