زمان مطالعه: ۴ دقیقه

با سلام و احترام خدمت شما مخاطبین عزیز وبلاگ آموزشی بین جو (Binjo)، در این مقاله قصد داریم تا به مبحث کوتاه و البته مهم پاشندگی نور از کتاب ۳ پایه دوازدهم بپردازیم. با ما تا انتهای این مقاله همراه باشید. لازم به ذکر است که این موضوع درس علوم تجربی دانش آموزان هشتم دوره اول متوسطه (تیزهوشان) نیز می‌تواند مفید باشد.

منشور چیست ؟

منشور قطعه‌ای شفاف از جنس پلاستیک (به بیان بهتر عایق یا دی‌الکتریک) و یا شیشه است که کاربردهای زیادی در فیزیک اپتیک و لیزر دارد. قاعده منشورها عموماً به شکل مثلث است.

منشور
منشور

یکی از کاربردهای شاخص منشور، پدیده شکست نور است. حهت آشنایی بیشتر با پدیده شکست نور و قانون اسنل، مقاله زیر را به شما پیشنهاد می‌کنیم.

شکست نور در منشور
شکست نور در منشور

همان‌طور که در شکل فوق مشخص است، نور لیزر خارج شده از منشور به میزان قابل توجهی دچار شکست شده است.

مسیر نور در منشور

در شکل زیر مقطع یک منشور شیشه‌ای مثلثی نشان داده شده است. همان‌طور که مشاهده می‌کنید، پرتو SI از هوا (ضریب شکست تقریبی ۱) به وجه سمت چپ منشور تابیده شده و پس از شکست در نقطه I، وارد منشور با ضریب شکست n می‌شود. بدیهی است که تفاوت ضریب شکست منشور و هوا عامل شکست نور است.

مسیر نور در منشور
مسیر نور در منشور

پرتو پس از شکست در نقطه I وارد منشور شده و به مسیر خود در محیط منشور ادامه می‌دهد تا به وجه سمت راست در نقطه ‘I برخورد کند. در این نقطه نیز پرتو به دلیل تفاوت ضریب شکست‌ها، دچار شکست شده و وارد هوا و به مسیر خود ادامه می‌دهد.

مطابق با شکل مشاهده می‌شود که پرتو خارج شده از منشور (پرتو I’R) نسبت به امتداد مسیر اولیه پرتو SI به میزان قابل توجهی منحرف شده است. لازم به ذکر است که زاویه A در شکل فوق، به زاویه راس منشور موسوم است.

پاشندگی نور

نخستین بار نیوتون با عبور دادن نور خورشید از یک منشور، مشاهده کرد که نور خورشید که به نور سفید نیز موسوم است، شامل رنگ‌های مختلفی است. به بیانی کامل‌تر، نور سفید شامل تمامی طول موج‌های رنگ‌های مختلف است.

تجزیه نور به رنگ‌های مختلف را به وسیله منشور، پاشیدگی نور یا پاشندگی نور می‌نامند. با توجه به مبحث پدیده شکست و رفتار نور در منشور می‌توانیم بگوییم که رنگ‌های مختلف در منشور در زاویه‌های مختلفی دچار شکست می‌شوند. به همین جهت قابل تفکیک بوده و ما می‌توانیم نور سفید را به واسطه منشور تجزیه کنیم.

پاشندگی نور در منشور
پاشندگی نور در منشور

سوالی که در اینجا پیش می‌آید این است که چرا زاویه شکست برای رنگ‌های مختلف یا به عبارتی فرکانس یا رنگ‌های مختلف متفاوت است ؟!

با توجه به رابطه قانون شکست اسنل، متوجه می‌شویم که زاویه شکست به ضریب شکست محیط وابسته است. پس هر رنگ از نور سفید، ضریب شکست مختلفی را روبه‌روی خود می‌بیند و متناسب با آن دچار شکست می‌شود.

به طور کلی، ضریب شکست یک محیط به صورت \(\large n = \sqrt{\varepsilon_{r}}\) تعریف شده که در آن \(\large \varepsilon_{r}\) ضریب گذردهی الکتریکی محیط است. این ضریب به طور کلی تابعی از فرکانس یا طول موج امواج الکترومغناطیسی است. پس ضریب شکست یک محیط مادی برای فرکانس یا طول موج‌های مختلف (رنگ‌های مختلف) متفاوت است. توجه داشته باشید که ضریب شکست خلأ برای تمامی فرکانس‌های طیف الکترومغناطیسی برابر با مقدار ثابت ۱ است.

پس به بیان ساده‌تر، عامل پاشندگی نور در یک محیط نظیر منشور، وابستگی ضریب شکست آن محیط به طول موج یا فرکانس نور است.

پاشندگی نور
پاشندگی نور در منشور با زاویه تابش‌های مختلف

در شکل زیر محدوده طول موجی ناحیه اپتیکی (مادون قرمز، مرئی و فرابنفش) نشان داده شده است.

ناحیه اپتیکی از طیف الکترومغناطیسی
ناحیه اپتیکی از طیف الکترومغناطیسی

عموماً ضریب شکست یک محیط برای طول موج‌های کوتاه‌تر، بیشتر است. این جمله با بیان فرکانس به این صورت است که ضریب شکست یک محیط عموماً برای فرکانس‌های بیشتر، بیشتر است. به عنوان مثال ضریب شکست شیشه معمولی در قالب نمودار زیر برای طول موج‌های مختلف نشان داده شده است.

وابستگی ضریب شکست به طول موج
وابستگی ضریب شکست شیشه معمولی به طول موج

با توجه به شکل فوق، به طور مثال اگر دو باریکه نور قرمز و آبی با زاویه تابش یکسانی از هوا وارد شیشه شوند، باریکه آبی به دلیل طول موج کوتاه‌تری (فرکانس بیشتری) که دارد، بیشتر از نور قرمز با طول موج بلند‌تر (فرکانس کمتر)، دچار شکست می‌شود.

توجه داشته باشید که پدیده پاشندگی تنها مختص به نور نبوده و سایر امواج الکترومغناطیسی نظیر رادیویی، مایکروویو، فروسرخ و … نیز می‌توانند دچار پاشندگی شوند. لازم به ذکر است که پاشندگی نور یا یک موج به پهن شدگی نور یا موج نیز موسوم است. به طور کل به محیطی که باعث پاشندگی موج الکترومغناطیس می‌شود، محیط پاشنده می‌گویند. پس منشور یک محیط پاشنده برای نور بوده و باعث پاشندگی نور می‌شود.

امیدواریم تا مقاله پاشندگی نور مورد پسند شما عزیزان واقع شده باشد. در انتها پیشنهاد می‌کنیم تا نگاهی بر سایر مقالات حوزه فیزیک وبلاگ بین جو داشته باشید.

میانگین امتیازات ۵ از ۵