منشور: پنجره‌ای به دنیای رنگارنگ نور
منشور چیست و چه شکلی است؟
منشور یک جسم شفاف است که معمولاً از جنس شیشه یا پلاستیک ساخته می‌شود. شکل آن اغلب به صورت یک چندوجهی است، اما شناخته‌شده‌ترین نوع آن، منشور سه‌وجهی مثلثی است. این منشور دو قاعدهٔ مثلثی و سه سطح مستطیلی دارد. وقتی یک پرتو نور به یکی از سطح‌های آن برخورد می‌کند، مسیرش تغییر کرده و خم می‌شود. این تغییر مسیر، پایهٔ اصلی تمام پدیده‌های جالبی است که یک منشور ایجاد می‌کند.
نور سفید؛ مهمان ناخوانده نیست!
چشمان ما نور خورشید یا نور یک لامپ را به رنگ سفید می‌بینند. اما آیا تا به حال فکر کرده‌اید که این نور سفید از چه ساخته شده است؟ ایزاک نیوتن، دانشمند بزرگ، با یک آزمایش ساده اما هوشمندانه ثابت کرد که نور سفید در واقع ترکیبی از تمام رنگ‌هاست! او با قرار دادن یک منشور در مسیر یک پرتو باریک نور سفید، آن را به نوار رنگارنگی تبدیل کرد که به آن طیف مرئی می‌گوییم. این طیف از هفت رنگ اصلی تشکیل شده است.
| رنگ | معنی فارسی | توضیح مختصر |
|---|---|---|
| بنفش | Violet | بیشترین شکست را دارد و بیشترین انحراف از مسیر اولیه را تجربه می‌کند. |
| نیلی | Indigo | رنگی بین بنفش و آبی. |
| آبی | Blue | - |
| سبز | Green | رنگ میانی طیف. |
| زرد | Yellow | - |
| نارنجی | Orange | - |
| قرمز | Red | کمترین شکست را دارد و کمترین انحراف از مسیر اولیه را تجربه می‌کند. |
فرمول ساده شکست نور و زاویه انحراف
میزان شکست نور هنگام ورود به یک ماده (مثل شیشه منشور) با یک فرمول مهم فیزیکی به نام قانون اسنل توضیح داده می‌شود. این قانون رابطهٔ بین زاویهٔ تابش و زاویهٔ شکست را نشان می‌دهد.
که در آن:
$ n_1 $ و $ n_2 $: ضریب شکست دو ماده هستند.
$ \theta_1 $ و $ \theta_2 $: به ترتیب زاویهٔ تابش و زاویهٔ شکست هستند.
هر رنگ از نور سفید، طول موج[1] مخصوص به خودش را دارد. نور بنفش کوتاه‌ترین طول موج و نور قرمز بلندترین طول موج را دارد. ضریب شکست شیشه برای نورهای با طول موج کوتاه‌تر (مثل بنفش) بیشتر است. طبق قانون اسنل، اگر ضریب شکست بیشتر باشد، نور بیشتر می‌شکند و مسیرش بیشتر منحرف می‌شود. به همین دلیل است که نور بنفش بیشتر از نور قرمز منحرف شده و در نتیجه رنگ‌ها از هم جدا می‌شوند.
کاربردهای جالب و متنوع منشور در دنیای واقعی
منشورها فقط برای ایجاد رنگین‌کمان در کلاس علوم استفاده نمی‌شوند. آن‌ها در بسیاری از وسایل اطراف ما نقش مهمی ایفا می‌کنند:
۱. دوربین‌های دوچشمی و تلسکوپ‌ها: در این وسایل از منشورهای خاصی به نام منشور پورو[2] استفاده می‌شود. کار این منشورها چرخاندن تصویر است. وقتی شما از یک تلسکوپ ساده استفاده می‌کنید، تصویر وارونه دیده می‌شود. منشور پورو با انعکاس‌های داخلی، مسیر نور را می‌چرخاند و تصویر را برای ما صاف و به حالت صحیح نشان می‌دهد. همچنین باعث می‌شود طول وسیله کوتاه‌تر شود و حمل آن راحت‌تر باشد.
۲. علوم پزشکی و آزمایشگاهی: در میکروسکوپ‌های پیشرفته و دستگاه‌های آزمایشگاهی از منشور برای هدایت نور به قسمت‌های مختلف وسیله و تجزیهٔ نور استفاده می‌شود.
۳. ایجاد اثرهای نوری در تئاتر و سینما: از منشورها برای ایجاد جلوه‌های نوری خاص، پراکنده کردن نورهای لیزری و ایجاد نمایش‌های نورپردازی زیبا استفاده می‌شود.
پرسش‌های مهم و اشتباهات رایج
خیر. این یک اشتباه رایج است. منشور فقط نقش یک جداکننده را بازی می‌کند. تمام رنگ‌ها از قبل در نور سفید وجود دارند و منشور فقط آن‌ها را از هم جدا کرده و به ما نشان می‌دهد.
بله، می‌توان این طور گفت. قطرات ریز آب باران که در هوا پس از یک بارندگی معلق هستند، مانند میلیون‌ها منشور کوچک عمل می‌کنند. آن‌ها نور خورشید را تجزیه کرده و رنگین‌کمان زیبایی را که ما در آسمان می‌بینیم، به وجود می‌آورند.
بله، این آزمایش معروف نیوتن بود. او پس از تجزیهٔ نور سفید به هفت رنگ توسط یک منشور، از منشور دوم استفاده کرد. اگر هفت رنگ طیف به طور مناسب وارد منشور دوم شوند، این منشور آن‌ها را دوباره با هم ترکیب کرده و نور سفید اصلی را تولید می‌کند. این ثابت می‌کند که منشور رنگ جدیدی نمی‌سازد، فقط رنگ‌های موجود را جدا و ترکیب می‌کند.
پاورقی
[1]طول موج (Wavelength): فاصله بین دو قله پشت سر هم در یک موج. واحد اندازه‌گیری آن نانومتر (nm) است.
[2]منشور پورو (Porro Prism): نوعی منشور که از دو منشور قائمه تشکیل شده و برای چرخاندن و جابجا کردن پرتو نور در ابزارهای نوری مانند دوربین دوچشمی استفاده می‌شود. نام آن از مخترع ایتالیایی، ایگناتسیو پورو (Ignazio Porro)، گرفته شده است.