پاشندگی رنگی: رقص رنگها در مسیر نور
نور سفید: مهمانی مخفی رنگها
آنچه ما به عنوان نور سفید خورشید یا یک لامپ معمولی میبینیم، در واقع ترکیبی از تمام رنگهاست! اسحاق نیوتن در آزمایش معروف خود در قرن هفدهم، با عبور دادن پرتو نور خورشید از یک منشور شیشهای، ثابت کرد که نور سفید از رنگهای متفاوتی ساخته شده است. او این نوار رنگی را طیف5 نامید. این طیف معمولاً از هفت رنگ اصلی تشکیل میشود: بنفش، نیلی، آبی، سبز، زرد، نارنجی و قرمز. به یاد داشته باشید که نور یک موج است و هر رنگ، طول موج6 خاص خود را دارد.
چرا نور تجزیه میشود؟ داستان شکست و سرعت
کلید درک پاشندگی، فهم پدیده شکست نور است. وقتی نور از یک محیط (مثل هوا) به محیط دیگری (مثل شیشه یا آب) وارد میشود، مسیرش میشکند یا خم میشود. دلیل این شکست، تغییر سرعت نور در مواد مختلف است. عددی که نشان میدهد نور در یک ماده چندبار کندتر از خلاء حرکت میکند، ضریب شکست4 نام دارد و آن را با حرف $ n $ نشان میدهند.
نکته جالب اینجاست: ضریب شکست برای همه رنگها یکسان نیست! نور بنفش که طول موج کوتاهتری دارد، درون شیشه بیشتر کند میشود و در نتیجه بیشتر منحرف میشود. نور قرمز با طول موج بلندتر، کمتر کند شده و انحراف کمتری دارد. این تفاوت در میزان انحراف، باعث میشود که رنگها پس از خروج از منشور از هم جدا شوند.
که در آن $ c $ سرعت نور در خلاء و $ v $ سرعت نور در ماده است. هرچه $ n $ بزرگتر باشد، نور کندتر حرکت میکند.
| رنگ نور | طول موج تقریبی (نانومتر) | ضریب شکست در شیشه (n) | میزان انحراف در منشور |
|---|---|---|---|
| بنفش | ~400 | 1.532 | بیشترین |
| آبی | ~475 | 1.528 | زیاد |
| سبز | ~510 | 1.519 | متوسط |
| قرمز | ~700 | 1.513 | کمترین |
از رنگینکمان تا اینترنت: کاربردهای پاشندگی در زندگی
پاشندگی فقط یک پدیده آزمایشگاهی نیست، بلکه در طبیعت و فناوریهای اطراف ما نقش مهمی ایفا میکند.
رنگینکمان: مشهورترین مثال طبیعی پاشندگی است. قطرات باران در آسمان مانند میلیونها منشور کوچک عمل میکنند. نور خورشید وارد قطرات میشود، دوبار شکسته میخورد، درون قطره بازتاب داخلی کلی7 مییابد و در نهایت خارج میشود. پاشندگی در این فرآیند، رنگهای زیبای رنگینکمان را ایجاد میکند.
عدسیهای اپتیکی: در دوربینها، تلسکوپها و عینکها، پاشندگی یک مشکل محسوب میشود! زیرا باعث میشود رنگهای مختلف در کانونهای متفاوتی متمرکز شوند و تصویر را تار کنند (به این اثر آبرنگی8 میگویند). برای رفع این مشکل، از ترکیب چند عدسی از جنس شیشههای مختلف با ضرایب شکست متفاوت استفاده میکنند تا پاشندگی رنگها جبران شود. به چنین عدسیهایی عدسیهای آکرومات9 میگویند.
فیبر نوری10: در فناوری ارتباطات، دادهها به صورت پالسهای نوری از طریق فیبرهای نوری بسیار باریک منتقل میشوند. پاشندگی در این فیبرها باعث میشود پالسهای نوری پس از مسافت طولانی پهن و با هم تداخل کنند. مهندسان با طراحی خاص فیبرها و استفاده از نور با طولموج خاص (مثلاً 1310 نانومتر) سعی میکنند این پاشندگی را به حداقل برسانند تا اطلاعات با سرعت و کیفیت بالا منتقل شود.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاسخ: خیر. هر ماده شفافی که ضریب شکست آن برای رنگهای مختلف متفاوت باشد، میتواند باعث پاشندگی شود. آب، الماس، پلاستیک شفاف و حتی هوا (در مقیاس بسیار کوچک) این خاصیت را دارند. درخشش و بازی رنگها در الماس دقیقاً به دلیل پاشندگی فوقالعاده قوی آن است.
پاسخ: بله، این کار کاملاً ممکن است. اگر طیف ایجاد شده توسط یک منشور را از یک منشور دوم که وارونه قرار گرفته است عبور دهیم، رنگها دوباره ترکیب میشوند و نور سفید (یا نزدیک به سفید) به دست میآید. این آزمایش معکوس، ثابت میکند که نور سفید حاصل جمع رنگهاست.
پاسخ: در هر دو مورد رنگها دیده میشوند، اما مکانیزم متفاوت است. در منشور، پاشندگی به دلیل شکست و وابستگی ضریب شکست به طول موج رخ میدهد. در حالی که روی سطح یک CD، ساختار شیارهای ریز منظم، باعث پراش11 و تداخل12 نور میشود که نتیجه آن پیدایش رنگهای مختلف در زوایای گوناگون است.
پاورقی
1 پاشندگی رنگی (Color Dispersion)
2 منشور (Prism)
3 شکست نور (Refraction of Light)
4 ضریب شکست (Refractive Index)
5 طیف (Spectrum)
6 طول موج (Wavelength)
7 بازتاب داخلی کلی (Total Internal Reflection)
8 آبرنگی (Chromatic Aberration)
9 عدسی آکرومات (Achromatic Lens)
10 فیبر نوری (Optical Fiber)
11 پراش (Diffraction)
12 تداخل (Interference)
