سه شنبه 3 اسفند 1395 - 24 جمادي الاول 1438 - 21 فوريه 2017
در قسمت قبلی، رابطه ریاضی بین دو زاویه (تابش و شکست) را در شرایط مرزی بین دو محیط متفاوت را یافتیم. و دانستیم که این زوایا با جنس محیط و ضریب شکست محیط رابطه دارند....
عکس نویسنده
عکس نویسنده
نویسنده : ستاره نوربخش
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :
درس 2: توجیه ریاضی پدیده ی شکست

تعیین مقدار n (ضریب شکست)

در قسمت قبلی ، رابطه ریاضی بین دو زاویه (تابش و شکست) را در شرایط مرزی بین دو محیط متفاوت را یافتیم. و دانستیم که این زوایا با جنس محیط و ضریب شکست محیط رابطه دارند. این معادله به قانون اسنل معروف است و به صورت زیر بیان می شود. 

تعیین مقدار ضریب شکست

      

تعیین مقدار ضریب شکست

که تعیین مقدار ضریب شکست زاویه تابش،  تعیین مقدار ضریب شکست زاویه شکست می باشد، ni و nr به ترتیب ضریب شکست محیط تابش و شکست می باشند.

 

قانون اسنل نیز، مانند قانون های فیزیکی دیگر قابلیت پیش گویی پدیده های نوری و شکست نور در دو محیط را دارد. در معادله ی فوق اگر 3 تا از کمیت ها مشخص باشند، می توان با انجام محاسبات مناسب؛ کمیت مجهول چهارم را یافت. اگر مسیر نور در ماده مشخص باشد، با روش های مشابه می توان ضریب شکست یک ماده را تعیین نمود. در این قسمت به تفصیل به این موضوع خواهیم پرداخت.

 

طرح آزمایش فیزیک:

یکی از آزمایش های ساده ای که می توانیم در کلاس فیزیک انجام دهیم، محاسبه ی ضریب شکست ماده ای ناشناخته است. معمولاً در آزمایشگاه فیزیک یک سری اجسام شفاف ( به شکل های مربع، مستطیل و مثلث ) از جنس نامعلوم وجود دارد و هدف ما تعیین مقدار ضریب شکست این اجسام است. واضح است که اگر سه کمیت از کمیت های موجود در معادله ی اسنل معلوم باشد، کمیت چهارم نیز به دست خواهد آمد.

 

تعیین مقدار ضریب شکست

 

سعی کنید یک باریکه ی لیزر را از هوا با یک زاویه ی مشخص به شیشه (جسم شفاف) بتابانید. شکل فوق مسیر یک پرتو نور را در یک شیشه مربعی نشان می دهد. مشاهده می شود که نور از دو مرز عبور می کند. مرز هوا – شیشه در قسمت بالایی شیشه و مرز شیشه – هوا در قسمت پایینی شیشه. که نور در هر دو مرز شکسته می شود. با اندازه گیری مقدار زاویه تابش (فرودی) و شکست و مقدار ضریب شکست هوا، و با استفاده از معادله ی اسنل می توان ضریب شکست شیشه را که نامشخص است به دست آورد.

 

محاسبات می تواند در هر یک از مرزها انجام شود و در پایان میانگین نتایج به دست آمده، ضریب شکست شیشه به دست خواهد آمد؛ جدول زیر، نمونه ای از انجام این آزمایش در آزمایشگاه فیزیک می باشد. مقادیر ذکر شده مربوط به شکل فوق می باشد.

 

تعیین مقدار ضریب شکست

 

محاسبات به صورت زیر انجام می شود.

 

 

تعیین مقدار ضریب شکست* مرز اول : پرتوها به شیشه وارد می شوند.

تعیین مقدار ضریب شکست

 

 

تعیین مقدار ضریب شکست* مرز دوم:  پرتو نور از شیشه خارج شود.

تعیین مقدار ضریب شکست

 

مشاهده می شود که مقدار به دست آمده برای ضریب شکست شیشه در دو مرز یکسان است. اگر چیزی غیر از این بود، دوباره آزمایش را تکرار کنید و این بار با دقت بیشتری آزمایش را انجام دهید.

 

روش فوق، رایج ترین روش برای به دست آوردن ضریب شکست یک ماده نامشخص می باشد و یکی از کاربردهای قانون اسنل می باشد. حال با پاسخ دادن به پرسش های زیر می توانید توانایی خود را در استفاده از قانون اسنل بالا ببرید.


دانسته های خود را امتحان کنید.

 

 1- شخصی آزمایشی را ترتیب می دهد که ضریب شکست یک مثلث با زوایای 45°، 45° ،90° را بیابد. او مسیر نور را همان طور که در شکل زیر مشاهده می شود، برقرار می کند. با استفاده از این مسیر، نقاله و ماشین حساب و به کمک قانون اسنل، ضریب شکست این ماده نامعلوم را تعیین کنید.

تعیین مقدار ضریب شکست

 

 

2-  این بار ماده نامشخص به شکل یک پنج ضلعی منتظم می باشد. مسیر پرتو نور به صورت زیر است.

تعیین مقدار ضریب شکست

 

3-  پرتو نوری از هوا با ضریب شکست n=1 به مانع مثلثی شکلی از جنس نامعلوم برخورد می کند. مسیر پرتو نور در شکل زیر نمایش داده شده است. با استفاده از نقاله و محسابات ریاضی، ضریب شکست این جسم را تعیین نمایید.

تعیین مقدار ضریب شکست

 

4-  پرتو نوری در هوا با ضریب شکست n=1 حرکت می کند به مانعی برخورد می کند که به صورت مثلث متساوی الاضلاعی است که اندازه ی همه ی زوایای آن 60° است. با توجه به مسیر پرتو نور در شکل زیر، ضریب شکست مانع را بیایید.

تعیین مقدار ضریب شکست


مرکز یادگیری سایت تبیان -  تهیه و تنظیم : نوربخش

 

تلفن : 81200000
پست الکترونیک : public@tebyan.com
آدرس : بلوارکشاورز ، خیابان نادری ، نبش حجت دوست ، پلاک 12

ارتباط با ما

روابط عمومی

درباره ما

نقشه سایت

تعدادبازدیدکنندگان
افراد آنلاین