نور چیست؟
نور از کجا میآید؟ منابع تولید نور
نور همیشه از یک منبع تولید میشود. این منابع را میتوان به دو دستهی اصلی تقسیم کرد:
| نوع منبع | توضیح و مثال | آیا گرما تولید میکند؟ |
|---|---|---|
| منابع طبیعی | این منابع نور، بدون دخالت انسان در طبیعت وجود دارند. مهمترین مثال، خورشید است که نور و گرمای زمین را تأمین میکند. مثال دیگر، آذرخش (رعد و برق) و نور برخی حشرات مثل کرم شبتاب5 است. | بله (معمولاً) |
| منابع مصنوعی | منابعی که توسط انسان ساخته شدهاند. مانند لامپهای رشتهای قدیمی، لامپهای فلورسنت6 (مهتابی)، چراغهای الایدی7 و حتی صفحهی موبایل یا تلویزیون شما. | متفاوت است (الایدی گرمای کمی دارد) |
وقتی لامپ را روشن میکنی، جریان برق از رشتهی نازک تنگستن8 داخل آن میگذرد و آنقدر داغ میشود که شروع به تابش نور میکند. درست مثل وقتی که یک تکه آهن را در کوره گداخته میکنند و سرخ رنگ میشود.
نور چگونه سفر میکند؟ ویژگیهای حرکت نور
نور برای حرکت کردن به ماده نیاز ندارد. برخلاف صوت که برای انتقال به هوا یا آب احتیاج دارد، نور حتی در خلا9 (فضای خالی بین سیارات) هم به راحتی حرکت میکند. نور خورشید دقیقاً از طریق همین فضای خالی به زمین میرسد. رفتار نور در هنگام حرکت چند قانون کلیدی دارد:
- سرعت باورنکردنی: نور در خلا سریعترین سرعت ممکن در جهان را دارد. سرعت آن حدود 300,000 کیلومتر بر ثانیه است. یعنی در 1 ثانیه میتواند هفت بار و نیم دور زمین بچرخد!
- حرکت خط راست: نور در یک محیط یکنواخت (مثل هوا یا شیشهی شفاف) به خط راست حرکت میکند. این ویژگی را وقتی میبینی که پرتو نور خورشید از یک شکاف به داخل اتاق تاریک میتابد یا سایهی اجسام تشکیل میشود.
- رفتار موجی-ذرهای: دانشمندان برای توصیف کامل نور، از دو مدل استفاده میکنند. گاهی مثل موج رفتار میکند (مثل امواج رادیویی) و گاهی مثل ذرههای ریزی به نام فوتون10. برای درک ما در این سطح، دانستن همین نکته کافی است که نور انرژی خود را در بستههای کوچکی حمل میکند.
نور در برخورد با مواد: بازتاب، شکست و جذب
وقتی نور به یک جسم میرسد، ممکن است یکی از سه اتفاق زیر برای آن بیفتد:
| پدیده | تعریف | مثال ملموس |
|---|---|---|
| بازتاب12 | برگشت نور از سطح یک جسم. اگر سطح صاف و صیقلی باشد، بازتاب منظم است (تصویر واضح میسازد) و اگر ناصاف باشد، بازتاب پخش13 است. | دیدن تصویر خود در آینه (بازتاب منظم). دیدن یک صفحهی کاغذ سفید روشن (بازتاب پخش). |
| شکست14 | خم شدن نور هنگامی که از یک محیط شفاف به محیط شفاف دیگری با چگالی متفاوت (مثل هوا به آب) وارد میشود. | به نظر رسیدن شکسته شدن قاشق داخل لیوان آب. تشکیل رنگینکمان پس از باران. |
| جذب15 | گرفتن انرژی نور توسط ماده و تبدیل آن به شکل دیگری از انرژی (معمولاً گرما). | گرم شدن سطح اسفنج یا لباس تیره زیر نور خورشید. رنگ سیاه بیشتر نورها را جذب میکند. |
نور و رنگ: راز رنگینکمان
نور سفید خورشید در واقع ترکیبی از همهی رنگها است! وقتی این نور از یک منشور16 شیشهای یا قطرههای ریز آب در آسمان (بعد از باران) عبور میکند، به دلیل پدیدهی شکست، به رنگهای تشکیلدهندهاش تجزیه میشود. به این طیف رنگها، طیف مرئی17 میگویند که به ترتیب: بنفش، نیلی، آبی، سبز، زرد، نارنجی و قرمز است. هر رنگ، طول موج خاص خود را دارد. نور قرمز طولانیترین طول موج و نور بنفش کوتاهترین طول موج را در طیف مرئی دارد.
رنگی که از یک جسم میبینیم، به این دلیل است که آن جسم تنها بخشی از نور سفید را بازتاب میدهد و بقیه را جذب میکند. مثلاً یک سیب قرمز، بیشتر نورهای قرمز را بازتاب میدهد و دیگر رنگها را جذب میکند. یک برگ سبز، نور سبز را بازتاب میدهد.
شاهدی بر رفتار نور: از دوربین ساده تا فیبر نوری
ما در زندگی روزمره از خاصیت حرکت نور در خط راست استفاده میکنیم. یک دوربین سوراخسوزنی (که میتوانی با یک جعبه و کاغذ تاریک بسازی) بر همین اساس کار میکند. نور از یک سوراخ ریز وارد جعبه تاریک میشود و تصویر وارونهی جسم روبرو را روی دیوارهی مقابل ایجاد میکند.
یکی دیگر از کاربردهای شگفتانگیز نور، استفاده در فیبر نوری18 برای انتقال اطلاعات است. در این فناوری، نور با استفاده از پدیدهی بازتاب کلی داخلی19، داخل رشتههای بسیار نازک شیشهای به دام میافتد و مانند مارپیچ هزاران کیلومتر را میپیماید تا پیامها، عکسها و فیلمهای اینترنتی را با سرعت فوقالعادهای به دست ما برساند.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاسخ: خیر. چون نور در خط راست حرکت میکند، نمیتواند دور گوشهها یا موانع کدر بپیچد. به همین دلیل است که پشت یک دیوار کاملاً تاریک است. (اما اگر شکاف یا منعکسکنندهای باشد، ممکن است مقداری نور به پشت آن برسد).
پاسخ: ابرها کاملاً کدر نیستند؛ نیمهشفاف20 هستند. نور خورشید توسط قطرات آب داخل ابر، دچار بازتاب پخش زیادی میشود و از همهی جهات به سمت زمین میتابد. بنابراین، اگرچه خورشید به طور مستقیم دیده نمیشود، ولی نور آن از لابهلای ابرها عبور کرده و همهجا را روشن میکند.
پاسخ: خیر. نور میتواند رنگهای مختلفی داشته باشد. نور سفید ترکیبی از همه رنگهاست. اما منابع نور میتوانند فقط یک رنگ خاص تولید کنند، مثل نور قرمز چراغ راهنمایی یا نور آبی یک الایدی. رنگ نور به طول موج آن بستگی دارد.
پاورقی
1 انرژی (Energy): توانایی انجام کار. نور یکی از صورتهای انرژی است.
2 خورشید (Sun): ستارهی مرکزی منظومهی شمسی و اصلیترین منبع نور و گرما برای زمین.
3 لامپ (Lamp): وسیلهای مصنوعی برای تولید نور.
4 موج (Wave): یک آشفتگی یا نوسان که انرژی را بدون جابهجایی ماده منتقل میکند.
5 کرم شبتاب (Firefly): حشرهای که از خود نور تولید میکند.
6 فلورسنت (Fluorescent): نوعی لامپ که در آن گاز داخل لوله با دریافت انرژی، نور فرابنفش تولید میکند و این نور توسط پوشش داخلی لوله به نور مرئی تبدیل میشود.
7 الایدی (LED: Light Emitting Diode): دیود نورافشان؛ نوعی منبع نور بسیار کممصرف و با دوام.
8 تنگستن (Tungsten): یک فلز با نقطه ذوب بسیار بالا که در رشتهی لامپهای قدیمی استفاده میشد.
9 خلا (Vacuum): فضای عاری از ماده.
10 فوتون (Photon): ذرهی بنیادی و حامل نور.
11 فرکانس (Frequency): تعداد نوسانات یک موج در یک ثانیه.
12 بازتاب (Reflection).
13 بازتاب پخش (Diffuse Reflection).
14 شکست (Refraction).
15 جذب (Absorption).
16 منشور (Prism): قطعهای شیشهای یا پلاستیکی با سطحهای صاف و زاویهدار که نور را تجزیه میکند.
17 طیف مرئی (Visible Spectrum): بخشی از امواج الکترومغناطیس که چشم انسان قادر به دیدن آن است.
18 فیبر نوری (Optical Fiber): رشتههای بلند و نازکی از جنس شیشه یا پلاستیک شفاف که نور را هدایت میکنند.
19 بازتاب کلی داخلی (Total Internal Reflection): پدیدهای که وقتی نور از محیط غلیظتر به رقیقتر میتابد و زاویه تابش از یک حد معین بیشتر شود، تمام نور به داخل محیط غلیظتر بازمیگردد.
20 نیمهشفاف (Translucent): موادی که نور را از خود عبور میدهند اما اجسام پشت آنها به وضوح دیده نمیشوند.
