منشور مثلثی: هنرمندی که نور را خم میکند
منشور چیست و چه شکلی دارد؟
منشور در سادهترین شکل، یک جسم سهبعدی شفاف است. اگر یک مثلث را در نظر بگیرید و آن را به سمت بالا بکشید تا یک حجم ایجاد شود، شکل یک منشور مثلثی ساخته میشود. مهمترین ویژگی منشورهای نوری، شفاف بودن و صاف بودن سطح آنهاست. جنس آنها معمولاً از شیشههای ویژه یا پلاستیکهای شفاف مانند پِلِکسیگلاس3 است.
اجزای اصلی یک منشور مثلثی عبارتند از:
| نام بخش | توضیح | مثال مشابه در اطراف ما |
|---|---|---|
| سطح جانبی | سه وجه مستطیلی شکل که مثلثهای بالا و پایین را به هم وصل میکنند. نور معمولاً از یکی از این وجهها وارد میشود. | شیشه پنجره صاف و صیقلی |
| قاعده مثلثی | دو سطح سهضلعی در بالا و پایین منشور. شکل این قاعده، خاصیت خم کردن نور را ایجاد میکند. | سر یک شیرینی خامهای به شکل مثلث برش خورده |
| زاویه رأس | به زاویهی تیز مثلث قاعده گفته میشود. هرچه این زاویه تیزتر باشد، نور بیشتر خم میشود. | نوک یک مداد تراشیده شده |
نور در برخورد با منشور چه میکند؟ (شکست و انحراف)
وقتی نور از هوا وارد شیشه یا پلاستیک شفاف میشود، سرعت آن کاهش مییابد. این کاهش سرعت باعث میشود مسیر نور شکسته شود. به این پدیده شکست نور1 میگویند. منشور با سطح مایل مثلثی خود، این شکست را در دو مرحله انجام میدهد: یک بار وقتی نور وارد منشور میشود و بار دیگر وقتی از منشور خارج میشود. نتیجه نهایی این است که مسیر پرتو نور به طور کلی منحرف میشود.
جادوی رنگینکمان: چرا نور سفید تجزیه میشود؟
نور سفید خورشید یا لامپ، در واقع ترکیبی از همه رنگها است. منشور مثلثی علاوه بر منحرف کردن نور، این رنگها را از هم جدا میکند و یک طیف رنگینکمانی زیبا ایجاد میکند. به این پدیده پاشندگی نور2 میگویند. دلیل آن این است که رنگهای مختلف نور، طول موجهای متفاوتی دارند. نور بنفش بیشتر از نور قرمز خم میشود. بنابراین وقتی نور سفید وارد منشور میشود، هر رنگ با زاویه کمی متفاوت شکسته میشود و در خروجی، به شکل نوارهای رنگارنگ دیده میشوند.
ترتیب رنگها در طیف ایجاد شده توسط منشور همیشه ثابت است:
قرمز → نارنجی → زرد → سبز → آبی → نیلی → بنفش
میتوان این رابطه را به صورت زیر نشان داد: نور سفید ترکیبی از همه رنگها است و منشور آنها را تجزیه میکند. به زبان ریاضی، اگر نور سفید را $W$ بنامیم و رنگها را با حرف اولشان نشان دهیم، داریم: $W = R + O + Y + G + B + I + V$
از آزمایشگاه تا زندگی: منشورها کجا دیده میشوند؟
شاید فکر کنید منشور فقط یک وسیله آزمایشگاهی است، اما اثرات آن را همه روزه میبینید:
- قطرههای باران: هر قطره باران مانند یک منشور کوچک عمل میکند. نور خورشید وارد قطرات میشود، دوبار شکسته میشود، تجزیه میشود و رنگینکمان زیبایی را در آسمان پس از باران ایجاد میکند.
- آبنباتهای شیشهای یا گلدانهای تزئینی: برخی از این وسایل لبههای تیز و شفافی دارند که مانند منشور عمل کرده و نور را به رنگهای مختلف میشکنند و روی دیوار یا میز، رنگینکمانهای کوچک ایجاد میکنند.
- دوربینهای دوچشمی و برخی تلسکوپها: در داخل آنها از منشورهایی استفاده میشود تا مسیر نور را خم کنند و تصویر را برای چشم ما قابل دیدن کنند.
- سنجاقسر یا جامدادی پلاستیکی شفاف: اگر شکل آنها مثلثی باشد و در مقابل نور آفتاب بگیریدشان، احتمالاً نور را منحرف کرده و رنگهایی کوچک ایجاد میکنند.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاسخ: خیر. منشور کاملاً منفعل است. منشور فقط نور سفیدی را که از یک منبع (مثل خورشید) به آن میتابد، تجزیه میکند. اگر در اتاق تاریک به منشور نور نتابانید، هیچ رنگینی تولید نخواهد کرد.
پاسخ: برای خم شدن قابل مشاهده نور، دو شرط اصلی لازم است: ۱) نور باید به صورت مایل به سطح بتابد. اگر نور عمود بر شیشه بتابد، شکست بسیار ناچیز است. ۲) شکل سطح باید مانند منشور، زاویهدار باشد. سطوح موازی مثل شیشه پنجره، نور را جابهجا میکنند اما در نهایت مسیر خروجی موازی با مسیر ورودی است.
پاسخ: خیر. چشم ما معمولاً هفت رنگ اصلی را تشخیص میدهد، اما در واقع طیف نور پیوسته است و بین هر دو رنگ، میلیونها سایه رنگ دیگر وجود دارد. منشور همه این سایهها را نمایش میدهد، اما ما اغلب رنگهای اصلی را نام میبریم.
پاورقی
1شکست نور (Refraction): تغییر مسیر نور هنگام عبور از یک محیط شفاف به محیط شفاف دیگر (مثل هوا به شیشه) به دلیل تغییر سرعت نور.
2پاشندگی (Dispersion): پدیدهای که در آن نور سفید پس از عبور از یک منشور به رنگهای تشکیلدهندهاش تجزیه میشود.
3پلکسیگلاس (Plexiglas): نام تجاری یک نوع پلاستیک شفاف و سخت که گاهی به جای شیشه استفاده میشود.
