سه شنبه 3 اسفند 1395 - 24 جمادي الاول 1438 - 21 فوريه 2017
وقتی یک پرتو نور، از محیطی به محیط دیگر وارد می شود، مسیر نور خمیده می شود که این پدیده به شکست نور معروف است. علت پدیده ی شکست، تغییر سرعت نور در محیط جدید است....
عکس نویسنده
عکس نویسنده
نویسنده : ستاره نوربخش
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :

آزمایش فیزیک

ریاضیات شکست

وقتی یک پرتو نور، از محیطی به محیط دیگر وارد می شود، مسیر نور خمیده می شود که این پدیده به شکست نور معروف است. علت پدیده ی شکست، تغییر سرعت نور در محیط جدید است.

در طرح درس های قبلی، علت شکست نور و جهت شکست نور بررسی شد. در آن درس آموختیم که نور پس از شکست به خط عمود نزدیک می شود.  در این شرایط، سرعتش کم می شود یعنی محیط دوم غلیظ تر از محیط اول است. ولی اگر پرتو نور در محیط دوم از خط عمود دور شود، سرعت نور در محیط دوم بیشتر شده است و یا به عبارت دیگر محیط دوم رقیق تر از محیط اول است. اختلاف بین زاویه شکست و زاویه تابش،مقیاس خوبی برای تعیین قدرت شکست هر مرز معین می تواند باشد. در این درس سعی می کنیم به قانون اسنل و میزان قدرت شکست هر مرز با پیشنهاد یک آزمایش بپردازیم.

سعی کنید به همراه دانش آموزانتان، آزمایش زیر را طراحی کنید.

 

شرح آزمایش:

از آزمایشگاهفیزیک مدرسه،  یک ظرف شیشه ای نیم استوانه ای بردارید، آن را پر از آب کنید. باریکه لیزری به سطح صاف ظرف و درست به مرکز آن بتابانید ( برای انجام آزمایش های اپتیکی، سعی کنید محیط آزمایشگاه را تاریک کنید. ) زاویه تابش را در نقطه تابش می توانید اندازه بگیرید. این پرتو با ورود به نیم استوانه شکسته شده و به خط عمود نزدیک می شود.

 

آزمایش فیزیک

( نور از محیط رقیق به محیط غلیظ وارد می شود. و در محیط جدید سرعت نور کاهش یافته است. ) اگر پرتو نور با زاویه ی صفر به سطح صاف نیم استوانه بخورد، پرتو هم چنان بدون شکست به مسیر خود در محیط دوم ادامه می دهد. و حتی از مرز دوم بدون شکست خارج می شود. ولی اگر با زاویه ی غیر صفر به سطح صاف نیم استوانه برخورد نماید، به خط عمود نزدیک شده و پس از رسیدن به مرز دوم، بدون شکست خارج می شود.

 (در هندسه دایره می دانیم که شعاع بر سطح دایره عمود است.) زاویه تابش را 5 درجه 5 درجه تغییر داده و اندازه گیری های جدید انجام دهید. این کار را تا جایی انجام دهید که یک مجموعه داده های صحیح به دست آورید. جدول زیر نمونه ای از داده ها برای این آزمایش می تواند باشد.

 

آزمایش فیزیک

 

وقتی داده های بالا را بررسی کنید، متوجه می شوید که هیچ رابطه خطی بین زوایای شکست و تابش وجود ندارد. مثلاً وقتی زاویه تابش را از 40 درجه به 80 می رسد، زاویه شکست دوبرابر نمی شود پس با رسم نمودار زوایای شکست بر حسب زوایای تابش خط راست ایجاد نمی شود. اما اگر سینوس زوایای شکست و تابش را رسم کنیم، یک خط راست به دست می آید. پس می توان نتیجه گرفت که بین سینوس این زوایا رابطه ی خطی وجود دارد.

رابطه ی ریاضی بین آنها y=m*x+ b این خط در شکل زیر رسم شده است.

آزمایش فیزیک

 

معادله ی رابطه ی بین سینوس زوایای تابش و شکست به صورت زیر است.

 

آزمایش فیزیک

 

عدد 1.33 مقدار ضریب شکست آب است. شاید به نظر شما این موضوع تصادفی به نظر بیاید. اما اگر ظرف نیم استوانه ای پر از آب را با قرص نیم استوانه ای از جنس پلکسی گلاس (نوعی پلاستیک) جایگزین شود، این مقدار 1.51 که مقدار ضریب شکست پلکسی گلاس است، به دست خواهد آمد. سپس این مسئله تصادفی نیست.

به طور تجربی به دست آوردیم که برای هر پرتو نور که از هوا به ماده دیگری به کار می رود، از معادله ی زیر پیروی می کند.

آزمایش فیزیک

رابطه ی کلی برای عبور یک پرتو که از یک محیط به محیط دیگر داخل شده و دچار شکست می شود به صورت زیر تعریف می شود.

آزمایش فیزیک

که آزمایش فیزیک = زاویه تابش، آزمایش فیزیک = زاویه شکست، ni  ضریب شکست محیط تابش و  nr  ضریب شکست محیط شکست می باشد.

این رابطه به قانون اسنل معروف است. این قانون برای شکست نور در هر موقعیتی به کار می رود، بدون در نظر گرفتن این که دو محیط از چه جنسی باشند.

با دانستن مقدار سه متغیر از چهار متغیر، می توان مقدار متغیر چهارم را پیش بینی کرد. قانون اسنل به دلیل قدرت پیش بینی اش حائز اهمیت است.

 

مسائل نمونه:

در شکل های زیر مقدار زاویه شکست را به دست آورید. هنگامی که زوایای تابش 30 و 45 درجه باشند.

آزمایش فیزیک


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