علت شکست نور

در درس های قبلی آموختیم که شکست هنگامی رخ می دهد که پرتو نور از یک محیط به محیط دیگر وارد شود. شکست تنها یکی از چندین رفتاری است که پرتو نور وقتی به محیط جدید وارد می شود، از خود بروز می دهد. با عبور پرتو نور از یک محیط به محیط دیگر، باید بدانید که طول موج نور و سرعت نور تغییر می کند.

در مرز علاوه بر تغییر مسیر نور، سرعت می تواند افزایش و کاهش یابد و در مورد طول موج ها هم می توان گفت که مقدار طول موج نور هم می تواند افزایش یا کاهش یابد. تنها زمانی پرتو نور فقط با تغییر مقدار سرعت نور و بدون شکست از محیطی به یک محیط دیگر وارد می شود که مسیر پرتو نور موازی خط عمود دو محیط باشد (زاویه تابش صفر درجه باشد). اگر زاویه تابش غیر صفر باشد، شکست مشاهده می دهد.

چرا پرتو نور شکسته می شود؟! علت این رفتار چیست؟ و چرا برای پرتو نور انتظار شکست داریم؟! برای پاسخ دادن به سوالات فوق، از مثال سربازها استفاده می شود. می توان این مثال را به صورت نمایش دانش آموزان در کلاس فیزیک به اجرا در آورید.

تعدادی از دانش آموزان، شانه به شانه، کنار یکدیگر قرار گرفته اند و با یک نوار به دانش آموز کناری متصل هستند. با نواری، اتاق کلاس را به دو محیط تقسیم کنید. در یک طرف نوار، دانش آموزان با آهنگ معمولی در حرکت باشند. و در طرف دیگر نوار، دانش آموزان قدم های کوتاه بردارند مثل قدم های یک کودک. گروه دانش آموزی به صورت مورب به نوار جدا کننده ی دو محیط نزدیک شوند. وقتی یک دانش آموز تنها به نوار جداکننده برسد، آن دانش آموز به صورت ناگهانی باید نوع قدم های خود را تغییر دهد. بقیه دانش آموزان نیز به حرکت خود به همان شیوه قبلی ادامه می دهند تا به محیط دیگر برسند. شکل زیر مسیرحرکت دانش آموزانی را نشان می دهد که به خط مرزی دو محیط (نوار جداکننده)نزدیک می شوند. در شکل، از پیکان برای تعیین جهت کلی حرکت گروه دانش آموزان در دو محیط استفاده شده است. مشاهده می شود که جهت حرکت دانش آموزان در مرز تغییر می کند.

ویژگی اساسی حرکت دانش آموزان که منجر به تغییر مسیر حرکت آن ها می باشد ناشی از تغییر سرعت آن هاست. با رسیدن هر یک از دانش آموزان به مرز دو محیط، تغییر ناگهانی در سرعت آن ها اتفاق می افتد. از آنجایی که دانش آموزان با زاویه نسبت به نوار جدا کننده ی دو محیط به آن نزدیک می شوند، هر یک از آن ها در زمان های مختلف به هم می رسند. دانش آموز اول که به مرز جدا کننده می رسد، سرعتش را کاهش می دهد، در حالی که بقیه دانش آموزان به حرکت خود با همان سرعت قبلی ادامه می دهند. با رسیدن هر دانش آموز به مرز جدا کننده، او سرعت خود را کاهش می دهد، در حالی که دانش آموز بعد از آن، همچنان با همان سرعت قبلی به حرکت رو به جلو خود ادامه می دهد. نتیجه اینکه جهت حرکت دانش آموزان تغییر می کند. تغییر سرعت حرکت دانش آموزان به تغییر جهت حرکتشان منجر می شود.

شرایط شکست

آیا شکست نور همیشه اتفاق می افتد؟ خیر، باید دو شرط برقرار باشد تا مسیر حرکت دانش آموزان تغییر کند.

با مشاهده پاراگراف قبلی، مشاهده خواهید کرد که این دو شرط معقول به نظر می رسد. اگر دانش آموزان سرعت خود را تغییر ندهند، عاملی برای شکست و تغییر جهت مسیر وجود ندارد. به یاد دارید که علت تغییر جهت دانش آموزان تغییر سرعت آن ها در مرز بوده است. هم چنین اگر دانش آموزان به صورت عمود بر خط جدا کننده ی دو محیط به مرز نزدیک شوند، علتی برای تغییر جهت وجود ندارد. به یاد بیاورید که گروه دانش آموزان تغییر مسیر دادند زیرا آن ها در زمان های متفاوتی به مرز می رسند. پس می توان نتیجه گرفت که تغییر مسیر حرکت دانش آموزان، هنگامی رخ می دهد که دانش آموزان به صورت غیر عمود به مرز نزدیک شده و هم چنین در مرز تغییر سرعت داشته باشند.

این مثال، درک خوبی برای فهم شکست نور به دانش آموزان خواهد داد. دانش آموزانی که به خط جداکننده ی دو محیط نزدیک می شوند مشابه امواج نور هستند. نوار جدا کننده دو محیط هم مشابه مرز دو محیط است. تغییر سرعت دانش آموزان هم همان اتفاقی است که برای امواج نور اتفاق می افتد. شکست نور، وقتی که نور به صورت عمود به مرز جدا کننده دو محیط وارد می شود، رخ نمی دهد.

بنابراین دو شرط برای خمیده شدن مسیر حرکت نور در مرز دو محیط وجوددارد. نور به خاطر تغییر سرعت نور در مرز می شکند. این یک رابطه علت – معمولی است. تغییر سرعت علت و شکست نور معلول است.

مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه و تنظیم: نوربخش