در چه زاویه ای انکسار رخ نمی دهد؟ زوایای شکست در محیط های مختلف
در پاراگراف های قبل به بررسی پدیده بازتاب نور پرداختیم. اکنون با پدیده دوم آشنا می شویم که در آن پرتوها جهت انتشار خود را تغییر می دهند. این پدیده است شکست نور در سطح مشترک بین دو رسانه.به نقاشی های پرتوها و آکواریوم در § 14-b نگاهی بیندازید. پرتوی که لیزر را ترک می کند مستقیم بود ، اما با رسیدن به دیوار شیشه ای آکواریوم ، پرتو تغییر جهت داد - شکست.
شکست نوربه تغییر جهت پرتو در فصل مشترک بین دو محیط گفته می شود که در آن نور به محیط دوم می گذرد(مقایسه با بازتاب). به عنوان مثال، در شکل نمونه هایی از شکست پرتو نور در مرزهای هوا و آب، هوا و شیشه، آب و شیشه را نشان داده ایم.
از مقایسه نقشه‌های سمت چپ چنین برمی‌آید که جفت مدیا «آب-شیشه» نور را قوی‌تر از جفت رسانه «هوا-آب» می‌شکند. از مقایسه نقشه های درست می توان دریافت که هنگام عبور از هوا به شیشه، نور شدیدتر از عبور از آب به شیشه شکسته می شود. به این معنا که، جفت‌های محیطی که در برابر تابش نوری شفاف هستند، قدرت‌های انکساری متفاوتی دارند که با مشخصه‌های آن مشخص می‌شود شاخص نسبی شکست با استفاده از فرمول صفحه بعد محاسبه می شود، بنابراین می توان آن را به صورت تجربی اندازه گیری کرد. اگر خلاء به عنوان اولین محیط انتخاب شود، مقادیر زیر به دست می آید:
این مقادیر در دمای 20 درجه سانتیگراد برای نور زرد اندازه گیری می شوند. در دمای متفاوت یا رنگ متفاوت نور، نشانگرها متفاوت خواهند بود (به § 14-h مراجعه کنید). در بررسی کیفی جدول، توجه می کنیم: هرچه ضریب شکست با وحدت بیشتر متفاوت باشد، زاویه انحراف پرتو از خلاء به محیط بیشتر می شود.از آنجایی که ضریب شکست هوا تقریباً برابر با وحدت است، تأثیر هوا بر انتشار نور تقریباً نامحسوس است.
قانون شکست نور.برای بررسی این قانون، تعاریفی را معرفی می کنیم. زاویه بین پرتو فرودی و عمود بر سطح مشترک بین دو محیط در نقطه پیچ خوردگی پرتو نامیده می شود. زاویه تابش(آ). به طور مشابه، زاویه بین پرتو شکست و عمود بر سطح مشترک بین دو محیط در نقطه پیچ خوردگی پرتو نامیده می شود. زاویه شکست(g).
وقتی نور منکس می شود، قوانینی که تشکیل می دهند قانون شکست نور: 1. پرتو فرودی، پرتو شکسته و عمود بر سطح مشترک بین رسانه ها در نقطه شکست پرتو در یک صفحه قرار دارند. 2. نسبت سینوس زاویه تابش به سینوس زاویه شکست یک مقدار ثابت مستقل از زوایا است:
یک تفسیر کیفی از قانون شکست نور نیز استفاده می شود: هنگامی که نور به یک محیط نوری متراکم تر می رسد، پرتو به سمت عمود بر سطح مشترک بین رسانه منحرف می شود.و بالعکس.
اصل برگشت پذیری پرتوهای نور.هنگامی که نور منعکس یا شکست می شود، پرتوهای فرورفته و منعکس شده همیشه می توانند مبادله شوند. این به آن معناست که اگر جهت پرتوها معکوس شود، مسیر پرتوها تغییر نخواهد کرد.آزمایشات متعدد تأیید می کند: در این مورد، "مسیر" مسیر پرتوها تغییر نمی کند (نمودار را ببینید).
در حد فاصل بین دو محیط شفاف، همراه با بازتاب نور، شکست آن مشاهده می شود، با عبور از محیط دیگری، جهت انتشار آن را تغییر می دهد.
شکست یک پرتو نور زمانی اتفاق می‌افتد که به صورت مایل روی سطح مشترک می‌افتد (اگرچه همیشه در مورد بازتاب داخلی کلی بیشتر مطالعه نکنید). اگر تیر عمود بر سطح بیفتد، در محیط دوم هیچ شکستی وجود نخواهد داشت، تیر جهت خود را حفظ می کند و همچنین عمود بر سطح می شود.
4.3.1 قانون شکست (مورد خاص)
ما با مورد خاصی که یکی از رسانه ها هوا است شروع می کنیم. این وضعیت در اکثریت قریب به اتفاق وظایف وجود دارد. ما در مورد مربوطه بحث خواهیم کرد مورد خاصقانون شکست، و تنها در این صورت است که ما کلی ترین فرمول آن را ارائه خواهیم کرد.
فرض کنید پرتوی از نور که در هوا حرکت می کند به صورت مایل روی سطح شیشه، آب یا هر محیط شفاف دیگری می افتد. هنگام عبور از محیط، پرتو شکسته می شود و مسیر بعدی آن در شکل 4.11 نشان داده شده است.
چهارشنبه O
برنج. 4.11. انکسار پرتو در مرز ¾هوا متوسط¿
در نقطه فرود O، یک CD عمود بر سطح محیط (یا همانطور که می گویند عادی) رسم می شود. پرتو AO مانند قبل پرتو تابشی نامیده می شود و زاویه بین پرتو تابشی و معمولی زاویه تابش است. Beam OB یک پرتو شکسته است. زاویه بین پرتو شکست و نرمال به سطح را زاویه شکست می گویند.
هر محیط شفاف با مقدار n مشخص می شود که به آن ضریب شکست این محیط گفته می شود. ضریب شکست محیط های مختلف را می توان در جداول یافت. به عنوان مثال، برای لیوان n = 1;6، و برای آب n = 1;33. به طور کلی، هر محیطی n > 1 دارد. ضریب شکست فقط در خلاء برابر است. هوا دارای n = 1؛ 0003 است، بنابراین برای هوا می توان آن را با دقت کافی در مسائل n = 1 فرض کرد (در اپتیک، هوا تفاوت زیادی با خلاء ندارد).
قانون انکسار (انتقال ¾هوا-متوسط¿).
1) پرتو فرود، پرتو شکست و نرمال به سطح کشیده شده در نقطه تابش در یک صفحه قرار دارند.
2) نسبت سینوس زاویه تابش به سینوس زاویه شکست برابر با ضریب شکست است.
محیط:
از آنجایی که n > 1، از رابطه (4.1) نتیجه می شود که sin > sin، یعنی > زاویه شکست کمتر از زاویه تابش است. به یاد داشته باشید: با عبور از هوا به محیط، پرتو پس از شکست به حالت عادی نزدیک می شود.
ضریب شکست مستقیماً با سرعت v انتشار نور در یک محیط معین مرتبط است. این سرعت همیشه کمتر از سرعت نور در خلاء است: v< c. И вот оказывается,
چرا این اتفاق می افتد، هنگام مطالعه اپتیک موج متوجه خواهیم شد. در این بین، ترکیب
اجازه دهید فرمول های (4.1) و (4.2) را حل کنیم: | |||||
از آنجایی که ضریب شکست هوا بسیار نزدیک به واحد است، می‌توان فرض کرد که سرعت نور در هوا تقریباً برابر با سرعت نور در خلاء c است. با در نظر گرفتن این موضوع و مشاهده فرمول (4.3) نتیجه می گیریم: نسبت سینوس زاویه تابش به سینوس زاویه شکست برابر است با نسبت سرعت نور در هوا به سرعت نور در یک رسانه
4.3.2 برگشت پذیری پرتوهای نور
حال در نظر بگیرید سکته مغزی معکوسپرتو: شکست آن در هنگام انتقال از متوسط به هوا. اصل مفید زیر در اینجا به ما کمک می کند.
اصل برگشت پذیری پرتوهای نور. مسیر پرتو به این بستگی ندارد که پرتو در جهت جلو یا عقب منتشر شود. با حرکت در جهت مخالف، پرتو دقیقاً همان مسیری را که در جهت جلو است دنبال می کند.
بر اساس اصل برگشت پذیری، هنگام عبور از محیط به هوا، پرتو همان مسیری را طی می کند که در هنگام انتقال متناظر از هوا به محیط (شکل 4.12) تنها تفاوت بین شکل 4.12 و شکل 4.11 است. که جهت پرتو به مخالف تغییر کرده است.
چهارشنبه O
برنج. 4.12. شکست پرتو در مرز ¾هوای متوسط¿
از آنجایی که تصویر هندسی تغییر نکرده است، فرمول (4.1) ثابت خواهد ماند: نسبت سینوس زاویه به سینوس زاویه هنوز با ضریب شکست محیط برابر است. درست است، اکنون زاویه ها نقش خود را تغییر داده اند: زاویه تبدیل به زاویه برخورد، و زاویه تبدیل به زاویه شکست.
در هر صورت، مهم نیست که چگونه تیر از هوا به مدیوم یا از محیط به هوا می رود، قانون ساده زیر عمل می کند. دو زاویه می گیریم، زاویه تابش و زاویه شکست. نسبت سینوس زاویه بزرگتر به سینوس زاویه کوچکتر برابر با ضریب شکست محیط است.
اکنون ما کاملاً آماده هستیم تا در کلی ترین حالت قانون شکست را مورد بحث قرار دهیم.
4.3.3 قانون شکست (حالت عمومی)
اجازه دهید نور از متوسط 1 با ضریب شکست n1 به متوسط 2 با ضریب شکست n2 عبور کند. گفته می شود محیطی با ضریب شکست بالاتر از نظر نوری متراکم تر است. بر این اساس، گفته می شود که محیطی با ضریب شکست کمتر از نظر نوری چگالی کمتری دارد.
با عبور از یک محیط نوری کم تر به یک محیط نوری متراکم تر، پرتو نور پس از شکست به حالت عادی نزدیک تر می شود (شکل 4.13). در این حالت زاویه تابش بیشتر از زاویه شکست است: > .
برنج. 4.13. n1< n2 ) >
برعکس، با عبور از یک محیط نوری متراکم تر به یک محیط نوری کم تر، پرتو از حالت عادی بیشتر منحرف می شود (شکل 4.14). در اینجا زاویه تابش کمتر از زاویه شکست است:
برنج. 4.14. n1 > n2 )<
به نظر می رسد که هر دوی این موارد توسط یک فرمول توسط قانون عمومی شکست پوشش داده می شود که برای هر دو رسانه شفاف معتبر است.
قانون شکست.
1) اشعه برخوردی، اشعه شکست و عادی به رابط رسانه، کشیده شده است
v نقطه وقوع در همان صفحه قرار دارد.
2) نسبت سینوس زاویه تابش به سینوس زاویه شکست برابر است با نسبت ضریب شکست محیط دوم به ضریب شکست محیط اول:
به راحتی می توان فهمید که قانون شکست فرموله شده قبلی برای انتقال ¾هوا-مدیوم¿ مورد خاصی از این قانون است. در واقع، با فرض فرمول (4.4) n1 = 1 و n2 = n، به فرمول (4.1) می رسیم.
اکنون به یاد بیاورید که ضریب شکست نسبت سرعت نور در خلاء به سرعت نور در یک محیط معین است: n1 = c=v1، n2 = c=v2. با جایگزینی آن با (4.4)، دریافت می کنیم:
فرمول (4.5) به طور طبیعیفرمول (4.3) را تعمیم می دهد. نسبت سینوس زاویه تابش به سینوس زاویه شکست برابر است با نسبت سرعت نور در محیط اول به سرعت نور در محیط دوم.
4.3.4 بازتاب کامل داخلی
هنگامی که پرتوهای نور از یک محیط نوری متراکم تر به یک محیط نوری با چگالی کمتر عبور می کنند، یک پدیده جالب مشاهده می شود - بازتاب داخلی کل. ببینیم چیه
اجازه دهید برای قطعیت فرض کنیم که نور از آب به هوا می رود. فرض کنید یک منبع نور نقطه ای S در عمق مخزن وجود دارد که پرتوهایی را در همه جهات ساطع می کند. ما به برخی از این پرتوها نگاه خواهیم کرد (شکل 4.15).
S B 1
برنج. 4.15. بازتاب کامل داخلی
پرتو SO1 با کوچکترین زاویه روی سطح آب می افتد. این پرتو تا حدی شکسته می شود (پرتو O1 A1) و تا حدی به داخل آب بازتاب می شود (پرتو O1 B1). بدین ترتیب بخشی از انرژی پرتو فرودی به پرتو شکسته و بقیه انرژی به پرتو بازتابی منتقل می شود.
زاویه تابش پرتو SO2 بزرگتر است. این پرتو نیز به دو پرتو شکسته و منعکس شده تقسیم می شود. اما انرژی پرتو اصلی بین آنها متفاوت توزیع می شود: پرتو شکست O2 A2 کم نورتر از پرتو O1 A1 خواهد بود (یعنی سهم کمتری از انرژی دریافت می کند) و پرتو بازتاب شده O2 B2 به نسبت روشن تر است. نسبت به پرتو O1 B1 (انرژی سهم بیشتری دریافت خواهد کرد).
با افزایش زاویه تابش، همان نظم را می توان ردیابی کرد: سهم فزاینده ای از انرژی پرتو فرودی به پرتو منعکس شده و سهم کمتری به پرتو شکسته می شود. پرتو انکسار شده کم نورتر و کم نورتر می شود و در نقطه ای کاملا ناپدید می شود!
این ناپدید شدن زمانی رخ می دهد که زاویه تابش به 0 برسد که با زاویه شکست 90 مطابقت دارد. در این وضعیت، پرتو شکست OA باید به موازات سطح آب برود، اما چیزی برای رفتن باقی نمانده است.تمام انرژی پرتو فرودی SO به طور کامل به پرتو منعکس شده OB رفت.
با افزایش بیشتر در زاویه تابش، پرتو شکسته حتی وجود ندارد.
پدیده توصیف شده بازتاب کلی درونی است. آب پرتوهای بیرونی با زوایای تابش برابر یا بیشتر از مقدار صفر ساطع نمی کند، همه این پرتوها به طور کامل به داخل آب منعکس می شوند. زاویه 0 زاویه محدود بازتاب کل نامیده می شود.
مقدار 0 را به راحتی می توان از قانون شکست پیدا کرد. ما داریم:
گناه 0 | ||||||||||
اما گناه 90 = 1، بنابراین | ||||||||||
گناه 0 | ||||||||||
0 = آرکسین | ||||||||||
بنابراین، برای آب، زاویه محدود بازتاب کل برابر است با:
0 = arcsin1; 1 33 48; 8:
شما به راحتی می توانید پدیده بازتاب کلی درونی را در خانه مشاهده کنید. داخل لیوان آب بریزید، آن را بالا بیاورید و از زیر دیواره لیوان کمی به سطح آب نگاه کنید. به دلیل انعکاس کلی درونی، درخششی نقره ای روی سطح خواهید دید، مانند یک آینه رفتار می کند.
مهم ترین کاربرد فنیبازتاب داخلی کل فیبر نوری است. پرتوهای نور به سمت داخل پرتاب شد کابل فیبر نوری(فیبر نوری) تقریباً به موازات محور خود، در زوایای زیاد روی سطح می افتند و کاملاً بدون اتلاف انرژی به داخل کابل بازتاب می شوند. پرتوها با بازتاب مکرر، دورتر و دورتر می شوند و انرژی را در فاصله قابل توجهی منتقل می کنند. از ارتباطات فیبر نوری برای مثال در شبکه های تلویزیون کابلی و دسترسی به اینترنت پرسرعت استفاده می شود.
هدف از درس
آشنایی دانش‌آموزان با قوانین انتشار نور در حد فاصل بین دو رسانه، توضیحی درباره این پدیده از دیدگاه تئوری موجی نور.
|
تکلیف: § 61 تکلیف شماره 1035 1036.
بررسی دانش
تست. انعکاس نور
مواد جدید
مشاهده شکست نور.
در مرز دو محیط، نور جهت انتشار خود را تغییر می دهد. بخشی از انرژی نور به محیط اول باز می گردد، یعنی نور منعکس می شود. اگر محیط دوم شفاف باشد، نور می تواند تا حدی از مرز رسانه عبور کند، همچنین، به عنوان یک قاعده، جهت انتشار را نیز تغییر می دهد. این پدیده نامیده می شود شکست نور.
در اثر شکست، تغییر ظاهری در شکل اجسام، مکان و اندازه آنها مشاهده می شود. با مشاهدات ساده می توان به این موضوع متقاعد شد. بیایید یک سکه یا یک شی کوچک دیگر را در کف یک لیوان مات خالی قرار دهیم. لیوان را طوری حرکت می دهیم که مرکز سکه، لبه لیوان و چشم روی یک خط مستقیم قرار گیرند. بدون تغییر موقعیت سر، آب را داخل لیوان می ریزیم. همانطور که سطح آب بالا می رود، ته لیوان با سکه بالا می رود. سکه که قبلاً فقط تا حدی قابل مشاهده بود، اکنون به طور کامل قابل مشاهده خواهد بود. مداد را به صورت اریب در ظرف آب قرار دهید. اگر از پهلو به ظرف نگاه کنید، می بینید که قسمتی از مداد که در آب است به نظر می رسد که به طرفین منتقل شده است.
این پدیده ها با تغییر جهت پرتوها در مرز دو رسانه - شکست نور - توضیح داده می شوند.
قانون شکست نور، موقعیت نسبی پرتو فرودی AB را تعیین می کند (شکل را ببینید)، که توسط DB و عمود CE به رابط رسانه ای شکسته شده است، که در نقطه تابش بازیابی شده است. زاویه α را زاویه تابش و زاویه β می نامند زاویه شکست.
پرتوهای فروخورده، بازتابیده و شکسته شده را با ایجاد یک پرتو باریک نور قابل مشاهده آسان می توان مشاهده کرد. سیر چنین پرتوی در هوا را می توان با دمیدن کمی دود در هوا یا با قرار دادن صفحه ای با زاویه کمی نسبت به پرتو ردیابی کرد. پرتو شکسته شده نیز در آب آکواریوم آغشته به فلورسین قابل مشاهده است.
اجازه دهید یک موج نور صاف بر روی یک رابط صاف بین دو رسانه (به عنوان مثال، از هوا به آب) بیفتد (شکل را ببینید). سطح موج AC بر پرتوهای A 1 A و B 1 B عمود است. سطح MN ابتدا به پرتو A 1 A می رسد. پرتو B 1 B پس از مدتی Δt به سطح می رسد. بنابراین، در لحظه ای که موج ثانویه در نقطه B شروع به برانگیختن می کند، موج از نقطه A در حال حاضر شکل یک نیمکره با شعاع دارد.
سطح موج یک موج شکسته را می توان با رسم یک سطح مماس بر تمام امواج ثانویه در محیط دوم، که مراکز آن روی سطح مشترک بین رسانه قرار دارند، بدست آورد. در این مورد، این هواپیما BD است. این پوشش امواج ثانویه است. زاویه تابش α تیر برابر با CAB در مثلث ABC است (اضلاع یکی از این زاویه ها بر اضلاع دیگری عمود است). از این رو،
زاویه شکست β برابر با زاویه ABD مثلث ABD است. بنابراین
از تقسیم معادلات حاصل بر ترم به دست می آید:
|
|
که در آن n یک مقدار ثابت مستقل از زاویه تابش است.
از ساخت و ساز (نگاه کنید به شکل.) مشخص است که پرتو فرود، پرتو شکست و عمود بر روی نقطه تابش در یک صفحه قرار دارند.این عبارت همراه با معادله ای که بر اساس آن نسبت سینوس زاویه تابش به سینوس زاویه شکست یک مقدار ثابت برای دو محیط است.، نشان می دهد قانون شکست نور.
می‌توانید با اندازه‌گیری زوایای فرود و شکست و محاسبه نسبت سینوس‌های آنها در زوایای فرود، صحت قانون شکست را به‌طور تجربی تأیید کنید. این رابطه بدون تغییر باقی می ماند.
ضریب شکست.
ثابت موجود در قانون شکست نور نامیده می شود ضریب شکست نسبییا ضریب شکست محیط دوم نسبت به اولی.
اصل هویگنز نه تنها بر قانون انکسار دلالت دارد. با کمک این اصل، معنای فیزیکی ضریب شکست آشکار می شود. برابر است با نسبت سرعت نور در محیطی که در مرز بین آن شکست رخ می دهد:
|
|
اگر زاویه شکست β کمتر از زاویه تابش α باشد، طبق (*)، سرعت نور در محیط دوم کمتر از محیط اول است.
ضریب شکست یک محیط نسبت به خلاء نامیده می شود ضریب شکست مطلق این محیط. برابر است با نسبت سینوس زاویه تابش به سینوس زاویه شکست در هنگام انتقال یک پرتو نور از خلاء به یک محیط معین.
با استفاده از فرمول (**)، می توان ضریب شکست نسبی را بر حسب ضریب شکست مطلق n 1 و n 2 محیط اول و دوم بیان کرد.
در واقع، از آن زمان
| و |
که در آن c سرعت نور در خلاء است، پس
محیطی با ضریب شکست مطلق کمتر نامیده می شود از نظر نوری محیطی با چگالی کمتر.
ضریب شکست مطلق توسط سرعت انتشار نور در یک محیط معین تعیین می شود که به وضعیت فیزیکی محیط یعنی به دمای ماده، چگالی آن و وجود تنش های کشسان در آن بستگی دارد. ضریب شکست نیز به ویژگی های خود نور بستگی دارد. به عنوان یک قاعده، برای نور قرمز کمتر از سبز و برای سبز کمتر از بنفش است.
بنابراین، در جداول مقادیر ضریب شکست برای مواد مختلفمعمولاً مشخص می شود که مقدار n برای کدام نور داده می شود و رسانه در چه حالتی است. اگر چنین نشانه هایی وجود نداشته باشد، به این معنی است که وابستگی به این عوامل را می توان نادیده گرفت.
در بیشتر موارد، لازم است که انتقال نور از طریق رابط هوا- جامد یا هوا-مایع در نظر گرفته شود، نه از طریق رابط خلاء و محیط. ولی شاخص مطلقضریب شکست n 2 یک ماده جامد یا مایع کمی با ضریب شکست همان ماده نسبت به هوا متفاوت است. بنابراین، ضریب شکست مطلق هوا در شرایط عادی برای نور زرد تقریباً 1.000292 است. از این رو،
کاربرگ برای درس
نمونه پاسخ ها
"شکست نور"
4.1. مفاهیم و قوانین اساسی اپتیک هندسی
قوانین بازتاب نورقانون اول بازتاب:
پرتوها، فرود و منعکس شده، در یک صفحه با سطح عمود بر سطح بازتابنده قرار دارند و در نقطه تابش پرتو بازسازی شده اند.
قانون دوم بازتاب:
زاویه تابش برابر با زاویه بازتاب است (شکل 8 را ببینید).
α - زاویه تابش، β - زاویه انعکاس
قوانین شکست نور ضریب شکست.
قانون اول شکست:
پرتو فرودی، پرتو شکسته، و عمودی که در نقطه تابش به سطح مشترک بازیابی شده است در یک صفحه قرار دارند (شکل 9 را ببینید). 
قانون دوم شکست:
نسبت سینوس زاویه تابش به سینوس زاویه شکست یک مقدار ثابت برای دو محیط معین است و ضریب شکست نسبی محیط دوم نسبت به محیط اول نامیده می شود. 
ضریب شکست نسبی نشان می دهد که سرعت نور در محیط اول چند برابر با سرعت نور در محیط دوم متفاوت است: 
بازتاب کامل
اگر نور از یک محیط نوری متراکم تر به یک محیط نوری با چگالی کمتر عبور کند، در این صورت تحت شرایط α > α 0، که α 0 زاویه محدود بازتاب کل است، نور به هیچ وجه وارد محیط دوم نمی شود. به طور کامل از رابط منعکس می شود و در محیط اول باقی می ماند. در این مورد، قانون بازتاب نور رابطه زیر را به دست می دهد: 
4.2. مفاهیم و قوانین اساسی اپتیک موج
دخالتفرآیند برهم نهی امواج از دو یا چند منبع روی هم نامیده می شود که در نتیجه آن توزیع مجدد انرژی موج در فضا اتفاق می افتد. برای توزیع مجدد انرژی موج در فضا، لازم است که منابع موج منسجم باشند. این بدان معنی است که آنها باید امواجی با فرکانس یکسان ساطع کنند و تغییر فاز بین نوسانات این منابع نباید در طول زمان تغییر کند.بسته به اختلاف مسیر (∆)، در نقطه برهم نهی پرتوها، حداکثر یا حداقل تداخلاگر اختلاف مسیر پرتوهای منابع درون فاز Δ برابر با یک عدد صحیح طول موج باشد. mλ (متریک عدد صحیح است)، سپس این حداکثر تداخل است:
اگر تعداد فرد نیمه موج باشد - حداقل تداخل:
انکسارانحراف در انتشار موج از جهت مستطیل یا نفوذ انرژی موج به ناحیه یک سایه هندسی. در مواردی که ابعاد موانع و حفره هایی که موج از آنها عبور می کند متناسب با طول موج باشد، پراش به خوبی مشاهده می شود.
یکی از ابزارهای نوری که مشاهده پراش نور بر روی آن خوب است، می باشد توری پراشاین یک صفحه شیشه ای است که روی آن ضربه هایی با الماس در فاصله مساوی از یکدیگر اعمال می شود. فاصله بین ضربات - ثابت شبکه d.پرتوهایی که از توری عبور می کنند در تمام زوایای ممکن پراش می شوند. عدسی پرتوهایی را جمع آوری می کند که با همان زاویه پراش در یکی از نقاط صفحه کانونی حرکت می کنند. رفتن در یک زاویه متفاوت - در نقاط دیگر. این پرتوها که روی یکدیگر قرار گرفته اند، حداکثر یا حداقل الگوی پراش را نشان می دهند. شرایط رعایت حداکثر در رنده کردنشبیه:
جایی که متر- یک عدد صحیح، λ - طول موج (شکل 10 را ببینید).
پدیده شکست نور.
اگر یک پرتو نور بر روی سطحی بیفتد که دو محیط شفاف با چگالی نوری متفاوت مانند هوا و آب را از هم جدا می کند، بخشی از نور از این سطح منعکس می شود و قسمت دیگر به محیط دوم نفوذ می کند. هنگام عبور از یک محیط به رسانه دیگر، یک پرتو نور در مرز این رسانه تغییر جهت می دهد. این پدیده را شکست نور می نامند.
شکست نور را با جزئیات بیشتری در نظر بگیرید. شکل n نشان می دهد: پرتو فرودی AO،پرتو شکسته OVو عمود بر سی دی،از نقطه برخورد بازیابی شد Oبه سطحی که دو محیط مختلف را از هم جدا می کند. تزریق AOC- زاویه برخورد، زاویه DOB- زاویه انکسار زاویه شکست DOBکمتر از زاویه برخورد AOC
یک پرتو نور درجهت خود را در انتقال از هوا به آب تغییر می دهد و به عمود نزدیک می شود سی دی.آب از نظر نوری متراکم تر از هوا است. اگر آب با یک محیط شفاف دیگر که از نظر نوری چگال تر از هوا است جایگزین شود، پرتو شکسته نیز به عمود نزدیک می شود. بنابراین می توان گفت: اگر نور می آیداز یک محیط نوری با چگالی کمتر به یک محیط چگال تر، آنگاه زاویه شکست همیشه کمتر از زاویه تابش است.
آزمایش‌ها نشان می‌دهند که برای همان زاویه تابش، هرچه زاویه شکست کوچکتر باشد، محیطی که پرتو در آن نفوذ می‌کند از نظر نوری متراکم‌تر است.
اگر یک آینه عمود بر پرتو در امتداد مسیر پرتو شکسته قرار گیرد، نور از آینه منعکس شده و آب در جهت پرتو فرودی به هوا خارج می شود. بنابراین، پرتوهای تابیده و منکسر مانند پرتوهای فرورفته و منعکس شده برگشت پذیر هستند.
اگر نور از محیطی با چگالی نوری تر به محیطی با چگالی کمتر حرکت کند، آنگاه زاویه شکست پرتو بزرگتر از زاویه تابش است.بیایید یک آزمایش کوچک در خانه انجام دهیم. متر در خانه یک آزمایش کوچک. صبح شما باید یک مداد را در یک لیوان آب قرار دهید، به نظر می رسد که شکسته است. Eاین را فقط می توان با این واقعیت توضیح داد که پرتوهای نوری که از مداد می آیند در آب نسبت به هوا جهت متفاوتی دارند، یعنی نور در مرز هوا و آب شکسته می شود. هنگامی که نور از یک محیط به محیط دیگر می‌گذرد، بخشی از نوری که روی آن فرو می‌رود در سطح مشترک منعکس می‌شود. بقیه نور به محیط جدید نفوذ می کند. اگر نور در زاویه ای به سطح مشترک به جز مستقیم بیفتد، پرتو نور جهت خود را از سطح مشترک تغییر می دهد.
به این پدیده انکسار نور می گویند. پدیده شکست نور در مرز دو محیط شفاف مشاهده شده و توضیح داده شده است سرعت متفاوتانتشار نور در رسانه های مختلف در خلاء سرعت نور تقریباً 300000 است کیلومتر بر ثانیه،در همه موارد دیگر
با ردا کمتر است
شکل زیر پرتویی را نشان می دهد که از هوا به آب می گذرد. زاویه نامیده می شود زاویه پرتو،آ - زاویه شکستتوجه داشته باشید که در آب پرتو به حالت عادی نزدیک می شود. هرگاه پرتو به محیطی برخورد کند که سرعت نور کمتر است، این اتفاق می‌افتد. اگر نور از یک محیط به محیط دیگر منتشر شود، جایی که سرعت نور بیشتر است، از حالت عادی منحرف می شود.
شکست باعث تعدادی توهم نوری شناخته شده می شود. به عنوان مثال، برای یک ناظر در ساحل، به نظر می رسد فردی که تا کمر وارد آب شده است، پاهای کوتاه تری دارد.
قوانین شکست نور
از تمام آنچه گفته شد نتیجه می گیریم:
1 . در سطح مشترک بین دو رسانه با چگالی نوری متفاوت، یک پرتو نور هنگام عبور از یک محیط به رسانه دیگر جهت خود را تغییر می دهد.
2. هنگامی که یک پرتو نور به محیطی با بزرگتر می گذردزاویه انکسار چگالی نوریکمتر از زاویه تابش؛ هنگام عبور از یک پرتو نوراز یک محیط نوری متراکم تر به یک محیط کمترزاویه شکست متراکم بیشتر از زاویه پدنیا
شکست نور با انعکاس همراه است و با افزایش زاویه تابش، روشنایی پرتو منعکس شده افزایش می یابد، در حالی که شکسته ضعیف می شود. این را می توان با آزمایش مشاهده کرد در شکل نشان داده شده است. بادر نتیجه، پرتو منعکس شده با خود می برد هر چه انرژی نور بیشتر باشد، زاویه تابش بیشتر می شود.اجازه دهید MN- رابط بین دو رسانه شفاف، به عنوان مثال، هوا و آب، JSC- پرتو سقوط OV- پرتو شکست، - زاویه تابش، - زاویه شکست، - سرعت انتشار نور در محیط اول، - سرعت انتشار نور در محیط دوم.
قانون اول شکست به این صورت است: نسبت سینوس زاویه تابش به سینوس زاویه شکست برای این دو رسانه ثابت است:
ضریب شکست نسبی (ضریب شکست محیط دوم نسبت به اولی) کجاست.
قانون دوم شکست نور بسیار شبیه به قانون دوم بازتاب نور است:
پرتو فرود، پرتو شکست و عمود کشیده شده به نقطه تابش پرتو در یک صفحه قرار دارند.
ضریب شکست مطلق
سرعت نور در هوا تقریباً برابر با سرعت نور در خلاء است: با m/s
اگر نور از خلاء وارد محیطی شود، پس
که در آن n ضریب شکست مطلق استاین محیط ضریب شکست نسبی دو محیط مرتبط با ضریب شکست مطلق این محیط ها، که در آن و به ترتیب ضریب شکست مطلق محیط اول و دوم هستند.
ضریب شکست مطلق:
ماده
الماس 2.42. کوارتز 1.54. هوا (در شرایط عادی) 1.00029. اتیل الکل 1.36. آب 1.33. یخ 1.31. سقز 1.47. کوارتز ذوب شده 1.46. CZK 1.52. سنگ چخماق سبک 1.58. کلرید سدیم (نمک) 1.53.
(همانطور که بعدا خواهیم دید، ضریب شکست n بسته به طول موج نور تا حدودی متفاوت است - فقط در خلاء مقدار ثابتی را حفظ می کند. بنابراین، داده های ارائه شده در جدول مربوط به نور زرد با طول موج .)
به عنوان مثال، از آنجایی که برای الماس، نور با سرعتی در الماس منتشر می شود
چگالی نوری محیط
اگر ضریب شکست مطلق محیط اول کمتر از ضریب شکست مطلق محیط دوم باشد، محیط اول دارای چگالی نوری کمتری نسبت به محیط دوم و > است. چگالی نوری یک محیط را نباید با چگالی یک ماده اشتباه گرفت.
عبور نور از یک صفحه موازی صفحه و یک منشور.
بزرگ ارزش عملیدارای عبور نور از اجسام شفاف است اشکال مختلف. بیایید ساده ترین موارد را در نظر بگیریم.
بیایید یک پرتو نور را از طریق یک صفحه ضخیم موازی (صفحه ای که توسط وجوه موازی محدود شده است) هدایت کنیم. با عبور از صفحه، پرتو نور دو بار شکسته می شود: یک بار هنگام ورود به صفحه، بار دوم هنگام خروج از صفحه در هوا.پرتو نوری که از صفحه عبور می کند به موازات جهت اصلی خود باقی می ماند و فقط کمی جابجا می شود. این جابجایی بیشتر است، هر چه صفحه ضخیم تر باشد و زاویه تابش بیشتر باشد. میزان جابجایی نیز به این بستگی دارد که صفحه از چه ماده ای ساخته شده است.
نمونه ای از صفحه موازی صفحه شیشه پنجره است. اما با نگاه کردن به اجسام از طریق شیشه، به دلیل نازک بودن شیشه، متوجه تغییری در چینش و شکل آنها نمی شویم. پرتوهای نور در حال عبورشیشه پنجره، کمی حرکت کنید.
اگر به هر جسمی از طریق منشور نگاه کنید، به نظر می رسد که جسم جابجا شده است. پرتو نوری که از یک جسم می‌آید، در یک نقطه به منشور می‌تابد آ،شکسته می شود و در یک جهت به داخل منشور می رود AB با رسیدن به وجه دوم منشور. پرتو نور دوباره شکسته شده و به سمت پایه منشور منحرف می شود. بنابراین، به نظر می رسد که پرتو از یک نقطه می آید. واقع شدهدر ادامه پرتو قبل از میلاد، یعنی جسم به نظر می رسد به بالای زاویه ای که توسط وجوه شکست منشور تشکیل شده است، جابجا شده است.
انعکاس کامل نور.
یک منظره زیبا یک فواره است که در آن فواره های بیرون زده از داخل روشن می شوند. (این را می توان در شرایط عادی با انجام آزمایش شماره 1 زیر به تصویر کشید). در ادامه به توضیح این پدیده می پردازیم.
هنگامی که نور از یک محیط نوری متراکم تر به یک محیط نوری با چگالی کمتر عبور می کند، پدیده بازتاب کلی نور مشاهده می شود. زاویه شکست در این حالت بیشتر از زاویه تابش است (شکل 141). افزایش زاویه تابش پرتوهای نور از منبع اسدر رابط بین دو رسانه MNلحظه ای خواهد آمد که پرتو شکسته شده است
در امتداد رابط بین دو رسانه، یعنی = 90 درجه
زاویه تابش که مطابق با زاویه شکست \u003d 90 درجه است، زاویه مرزی بازتاب کل نامیده می شود.
اگر از این زاویه فراتر رود، آنگاه پرتوها به هیچ وجه از محیط اول خارج نمی شوند، فقط پدیده انعکاس نور از سطح مشترک بین دو محیط مشاهده می شود.
از قانون اول شکست:
از آن به بعد .
اگر رسانه دوم هوا (خلاء) است، پس کجا n - ضریب شکست مطلق محیطی که پرتوها از آن می آیند.
توضیح پدیده ای که در تجربه مشاهده می کنید بسیار ساده است. پرتو نور از امتداد جت آب می گذرد و با زاویه ای بیشتر از حد به سطح منحنی برخورد می کند، بازتاب داخلی کامل را تجربه می کند و سپس دوباره با زاویه ای بیشتر از حد به طرف مقابل جت برخورد می کند. بنابراین پرتو از امتداد جت عبور می کند و همراه با آن خم می شود.
اما اگر نور به طور کامل در داخل جت منعکس می شد، از بیرون قابل مشاهده نبود. بخشی از نور توسط آب، حباب های هوا و ناخالصی های مختلف موجود در آن و همچنین به دلیل سطح ناهموار جت پراکنده می شود، بنابراین از بیرون قابل مشاهده است.
