سطح جداکننده دو محیط: مرزی که دو محیط شفاف متفاوت را از هم جدا می‌کند.

سطح جداکننده دو محیط: خطی نامرئی که نور را خم می‌کند

سطح جداساز: مرزی که نور را مجبور به تغییر مسیر می‌کند

سطح جداکننده، مرز فیزیکی بین دو محیط شفاف متفاوت است. وقتی نور به این مرز می‌رسد، سه حالت کلی ممکن است رخ دهد: بازتاب، جذب یا عبور. در فیزیک نور، زمانی که نور از این مرز عبور می‌کند، ممکن است مسیر خود را تغییر دهد که به این پدیده شکست نور می‌گویند . این سطح می‌تواند کاملاً صاف و مشخص باشد، مانند سطح آب یک استخر شنا، یا می‌تواند نامشخص باشد. نکته مهم این است که عبور نور از این مرز و تغییر جهت آن به دلیل تغییر سرعت نور در محیط‌های مختلف است . سرعت نور در خلأ 300،000 کیلومتر بر ثانیه است، اما با ورود به محیط‌های غلیظ‌تر مانند آب یا شیشه، از سرعت آن کاسته می‌شود .

ضریب شکست و قانون ساده تعیین جهت شکست

برای اندازه‌گیری میزان شکست نور در هر ماده، از کمیتی به نام ضریب شکست^۳ استفاده می‌کنیم. این ضریب نشان می‌دهد سرعت نور در یک ماده چند برابر کمتر از سرعت نور در خلأ یا هوا است. هرچه این عدد برای یک ماده بزرگ‌تر باشد، محیط غلیظ‌تر نوری است و نور در آن ماده بیشتر کند می‌شود و در نتیجه بیشتر می‌شکند .

با استفاده از مفهوم ضریب شکست، می‌توانیم جهت خم شدن نور را به سادگی پیش‌بینی کنیم. برای این کار به یک خط فرضی به نام خط عمود^۴ نیاز داریم. این خط، خطی است که دقیقاً بر سطح جداکننده، در نقطه برخورد نور، عمود است .

• ورود به محیط غلیظ‌تر: وقتی نور از محیط رقیق (مانند هوا) با سرعت بیشتر، به محیط غلیظ (مانند آب) با سرعت کمتر وارد می‌شود، به سمت خط عمود می‌شکند (نزدیک می‌شود) .
• ورود به محیط رقیق‌تر: وقتی نور از محیط غلیظ به محیط رقیق می‌رود، سرعتش افزایش می‌یابد و از خط عمود دور می‌شود .

از ماهی غیرقابل اصابت تا عینک مطالعه: شکست نور در عمل

شکست نور یک پدیده صرفاً درسی نیست، بلکه به وفور در زندگی و فناوری اطراف ما دیده می‌شود. درک این پدیده حتی می‌تواند به یک شکارچی در شکار ماهی کمک کند! هنگامی که با نیزه قصد شکار ماهی در آب را دارید، ماهی در عمق واقعی خود پایین‌تر از جایی است که به نظر می‌رسد. زیرا نور بازتابیده از ماهی، هنگام خروج از آب (از محیط غلیظ به رقیق) از خط عمود دور شده و به چشم شما می‌رسد. مغز شما مسیر نور را مستقیم فرض می‌کند، در نتیجه تصویر ماهی در مکانی بالاتر از موقعیت واقعی تشکیل می‌شود . برای اصابت به ماهی، باید کمی پایین‌تر از تصویری که می‌بینید، هدف بگیرید.

مهم‌ترین کاربرد شکست نور در ساخت عدسی‌ها است. عدسی‌ها وسایلی از جنس شیشه یا پلاستیک شفاف هستند که با داشتن سطح‌های منحنی، نور را به دلیل شکست، متمرکز یا پراکنده می‌کنند .

• عدسی هم‌گرا (کوژ): این عدسی که در وسط ضخیم‌تر است، پرتوهای نور موازی را شکسته و آن‌ها را در یک نقطه به نام کانون جمع می‌کند. از این عدسی در ذره‌بین، دوربین عکاسی و عینک افراد دوربین استفاده می‌شود .
• عدسی واگرا (کاو): این عدسی که در لبه‌ها ضخیم‌تر است، پرتوهای نور موازی را پس از شکست، از هم دور می‌کند. از این عدسی در عینک افراد نزدیک‌بین استفاده می‌شود .

یکی از زیباترین نمایش‌های شکست نور، تشکیل رنگین‌کمان است. قطرات ریز آب باران در آسمان مانند میلیون‌ها منشور کوچک عمل می‌کنند. نور خورشید (نور سفید) هنگام ورود به قطره می‌شکند، سپس از پشت قطره بازتاب داخلی می‌خورد و در نهایت هنگام خروج دوباره می‌شکند. از آنجا که نورهای با رنگ‌های مختلف (طول موج متفاوت) میزان شکست متفاوتی دارند، نور سفید به طیف هفت رنگش تجزیه می‌شود .

پرسش‌های متداول و اشتباهات رایج

پاورقی

^۱ سطح جداکننده دو محیط (Interface of Two Media): مرز فیزیکی بین دو ماده شفاف متفاوت.
^۲ شکست نور (Refraction of Light): تغییر مسیر پرتو نور هنگام عبور از سطح جداکننده دو محیط شفاف با چگالی نوری متفاوت.
^۳ ضریب شکست (Refractive Index): نسبت سرعت نور در خلأ به سرعت نور در یک ماده معین. با نماد n نشان داده می‌شود.
^۴ خط عمود (Normal): خط فرضی که بر سطح جداکننده دو محیط، در نقطه برخورد پرتو نور، عمود است و به عنوان مرجع اندازه‌گیری زوایای تابش و شکست استفاده می‌شود.