درسنامه آموزشی علوم تجربی کلاس هشتم
فصل پانزدهم: شکست نور
هنگام حرکت مایل نور از یک محیط شفاف به محیط شفاف دیگر، مسیر آن تغییر میکند. این پدیده که شکست نور نامیده میشود، جلوههای بسیار زیبا و مهیجی در طبیعت پیرامون به وجود میآورد.
شکست نور
در فصل قبل با انتشار نور در خط راست و تشکیل تصویر در آینههای مختلف در اثر بازتاب نور آشنا شدیم. در این فصل به آثار ناشی از شکست پرتوهای نور هنگام عبور از یک محیط شفاف به محیط شفاف دیگر خواهیم پرداخت (شکل زیر)
آزمایش کنید (صفحهٔ 137 کتاب درسی)
هدف آزمایش: بررسی شکست نور در یک تیغهٔ شیشهای
مواد و وسایل: چراغ قوه یا لیزر مدادی، تیغهٔ شیشهای
روش اجرا
1- تیغهٔ شیشهای را روی سطح میز قرار دهید و باریکهٔ نور را به طور عمود بر یکی از وجوه آن بتابانید. (شکل الف)
2- با توجه به مسیر باریکهٔ نور پس از عبور از تیغهٔ شیشهای، امتداد باریکهٔ نور را در شکل الف کامل کنید. پرتو نوری که به طور عمود به شیشه بتابد به صورت مستقیم بدون انحراف عبور میکند.
3- آزمایش را برای حالتی که مطابق شکل ب تیغهٔ شیشهای اندکی چرخیده است، انجام دهید. با توجّه به نتیجهٔ آزمایش، امتداد باریکهٔ نور را روی شکل ب کامل کنید.
برای شکست نور باید: 1- پرتو نور کج یا مایل باشد. 2- جسم کج یا مایل باشد.
همانطور که با انجام دادن آزمایش بالا دیدید، وقتی باریکهٔ نور به طور عمود بر سطح یک تیغهٔ شیشهای یا هر جسم شفاف دیگری بتابد، بدون شکست به مسیر خود ادامه میدهد (شکل - الف) در حالی که اگر باریکهٔ نور شکسته شود به آن شکست نور میگویند (شکل - ب). این پدیده هنگام عبور نور از یک محیط شفاف به محیط شفاف دیگر رخ میدهد.
ب) وقتی نور از محیطی رقیق، وارد محیطی غلیظ میشود باریکۀ نور به طرف خط عمود بر سطح شکسته میشود.
در آزمایشی که انجام دادید، دیدید که وقتی باریکهٔ نور از تیغهٔ شیشهای وارد هوا میشود، دوباره شکسته میشود. (شکل زیر) نکتهٔ مهمی که باید به آن توجّه شود، این است که وقتی باریکهٔ نور از شیشه (محیط غلیظ) بخواهد وارد هوا (محیط رقیق) شود از خط عمود بر سطح دور میشود.
خود را بیازمایید (صفحهٔ 138 کتاب درسی)
شکل زیر مسیر پرتو نوری را در دو محیط شفاف متفاوت نشان میدهد. با ذکر دلیل بیان کنید کدام یک از دو محیط رقیقتر است.
محیط شفاف دوم محیط رقیقتری است زیرا نور پس از ورود به آن از خط عمود دورتر شده است.
فعالیت (صفحهٔ 138 کتاب درسی)
درون کاسه یا لیوان کدری که روی میز قرار دارد، سکهای بیندازید. یکی از افراد گروه مطابق شکل الف آنقدر از میز دور شود تا بتواند سکه را درست از لبهٔ کاسه ببیند.
سپس از دوست خود بخواهید تا کمی عقبتر برود بهطوری که سکهٔ درون کاسه را نبیند (شکل الف). اکنون به آرامی درون کاسه آب بریزید (شکل ب) تا دوستتان دوباره سکه را ببیند. علت دیده شدن سکه را در گروه خود به بحث بگذارید و نتیجه را به کلاس گزارش کنید.
|
|
|
نوری که از سکه به سطح آب و هوا میرسد شکسته میشود و مسیر آن تغییر میکند و در امتداد دید ما قرار میگیرد، چشم ما امتداد نورهای رسیدهٔ سکه را میبیند ولی در نقطهای بالاتر از حد واقعی آن.
شکست نور در منشور
منشور، قطعهای شفاف از جنس شیشه یا پلاستیک است که کاربرد زیادی در وسیلههای نوری دارد. قاعدهٔ منشورها معمولاً به شکل مثلث است (شکل زیر).
آزمایش کنید (صفحهٔ 139 کتاب درسی)
هدف آزمایش: مسیر نور در منشور
مواد و وسایل: منشور، لیزر مدادی
روش اجرا: منشور را از طرف قاعدهٔ مثلثی شکل آن روی میز قرار دهید. لیزر مدادی را روشن کنید و باریکهٔ نور را بهطور مایل به یکی از وجههای آن بتابانید. با توجه به مسیر نور در منشور، امتداد باریکهٔ نور را کامل کنید.
همانطور که با انجام دادن آزمایش دیدید، مسیر باریکهٔ نور پس از عبور از منشور تغییر میکند. (شکل زیر)
خود را بیازمایید (صفحهٔ 139 کتاب درسی)
باریکهٔ نور هنگام ورود از هوا به منشور، طوری شکسته میشود که به خط عمود نزدیک شود. همچنین هنگام خروج باریکهٔ نور از منشور به هوا، طوری شکسته میشود که از خط عمود دور شود.
فعالیت (صفحهٔ 139 تا 140 کتاب درسی)
توجه: بهتر است این فعالیت در محیطی نسبتاً تاریک انجام شود.
وقتی نور سفید که ترکیبی از هفت نور رنگی است به یکی از وجههای منشور تابیده میشود پس از شکسته شدن پاشیده میشود و به هفت رنگ خود تجزیه میگردد.
ب) ظرف نسبتاً بزرگی را مطابق (شکل زیر) از آب پر کنید و آن را مقابل نور مستقیم آفتاب قرار دهید؛ سپس یک آینهٔ تخت را به طور کج درون آب قرار دهید. در این حالت قسمتی از آب که جلوی آینه قرار دارد، مانند یک منشور عمل میکند. ظرف را آن قدر جابهجا کنید تا طیف نور خورشید روی یک مقوای سفید رنگ تشکیل شود.
همانطور که با انجام دادن فعالیت بالا دیدید، باریکهٔ نور سفید پس از عبور از منشور به رنگهای مختلفی تجزیه میشود (شکل- الف). این پدیده را پاشندگی نور مینامند. رنگهای تشکیل دهندهٔ نور سفید، که در رنگهای حاصل از رنگین کمان نیز دیده میشوند در (شکل- ب) نشان داده شدهاند. به مجموعه رنگهای تشکیل دهندهٔ نور سفید، طیفنور سفید میگویند.
فکر کنید (صفحهٔ 140 کتاب درسی)
نور قرمز انحراف کمتری داشته و کمتر شکسته شده است ولی نور بنفش بیشترین انحراف و شکست را داشته است.
عدسیها
یکی از آشناترین وسیلههای نوری که بهطور گستردهای استفاده میشوند، عدسیها هستند. عدسیها از مواد شفافی مانند شیشه یا پلاستیک فشرده ساخته میشوند.
وقتی یک عدسی را با دستمان لمس میکنیم، ممکن است وسط آن ضخیمتر از لبههای آن باشد؛ به این نوع عدسی، عدسی همگرا میگویند (شکل - الف). ولی اگر لبههای عدسی از وسط آن ضخیمتر باشد به آن عدسی واگرا گفته میشود (شکل - ب).
نخستین بار نیوتن دانشمند انگلیسی (1727 - 1642) با عبور دادن نور سفید خورشید از یک منشور، نشان داد که نور سفید، آمیزهای از نورهایی به رنگهای مختلف است که در رنگین کمان نیز دیده میشود. جالب است بدانید این آزمایش، باعث مشهور شدن نیوتون شد. نیوتون همچنین نخستین تلسکوپ بازتابی را در سال 1672 میلادی ساخت.
آزمایش کنید (صفحهٔ 141 تا 142 کتاب درسی)
مواد و وسایل: عدسی همگرا، یک تکه مقوا و خط کش
روش اجرا
1- ذره بین را مقابل نور مستقیم خورشید بگیرید.
2- مقوا را روی زمین قرار دهید و ذرهبین را به آرامی جابهجا کنید. هنگامی که لکهٔ نورانی در سطح مقوا به کوچکترین اندازۀ خود رسید، ذرهبین را ثابت نگه دارید. (شکل زیر)
فاصله کانونی عدسی را با حرف f نشان میدهند. چون از هر دو طرف میتوان به عدسی نور تاباند. پس هر عدسی دارای دو کانون و دو فاصله کانونی است که با هم برابرند. فاصله کانونی 30 سانتی متر است.
فکر کنید (صفحهٔ 142 کتاب درسی)
با توجه به چگونگی شکست نور در منشور، دریافت خود را از شکلهای (الف) و شکل (ب) بیان کنید.
اگر دو منشور را از وجه زیرین به هم بچسبانیم و سطح آن را خمیده تراش دهیم دو عدد منشور مانند یک عدد عدسی همگرا عمل میکنند و میتوانند جهت پرتوهای نور را تغییر دهند. ولی اگر دو منشور را از رأس به هم چسبانده باشیم و تراش دهیم دو منشور مانند عدسی واگرا عمل میکنند.
نزدیکبینی و دوربینی از جمله عیبهای رایج چشم است که با بهرهگیری از عینکهای مناسب میتوان تا حدود زیادی آنها را برطرف کرد. شخص نزدیک بین در دیدن اجسام دور، مشکل دارد که به کمک عینکی با عدسیهای واگرا این مشکل رفع میشود؛ همچنین شخص دوربین در دیدن اجسام نزدیک مشکل دارد که به کمک عینکی با عدسیهای همگرا این مشکل برطرف میشود.
خود را بیازمایید (صفحهٔ 143 کتاب درسی)
شکل زیر دو عدسی همگرا و واگرا را نشان میدهد که یک دسته پرتو موازی نور به آنها تابیده شده است. با توجه به شیوهٔ شکست نور، دلیل نامگذاری همگرا و واگرا بودن این عدسیها را توضیح دهید.
|
|
|
مطابق شکل پرتوهای نور هنگام خروج از عدسی همگرا در یک نقطه به نام کانون متمرکز شده یعنی به هم نزدیک میشوند (همگرا) در عدسی واگرا پرتوهای تابش پس از شکست و عبور از عدسی از هم دور میشوند (یعنی واگرا)
فعالیت (صفحهٔ 143 کتاب درسی)
تصویر همهٔ اجسام در عدسی واگرا کوچکتر از جسم و نسبت به جسم مستقیم است.
تلسکوپهای نوری این توانایی را به چشم انسان میدهند تا جرمهای آسمانی دور و نزدیک را با وضوح و تفکیک بیشتری ببیند. نخستین تلسکوپ برای رصد آسمان شب، در سال 1609 میلادی، توسط گالیله ساخته شد. گالیله در ساخت تلسکوپ خود از دو عدسی با فاصلۀ کانونی متفاوت (عدسی شیئی با فاصلهٔ کانونی زیاد و عدسی چشمی با فاصلهٔ کانونی کم) استفاده کرده بود (شکل الف). به این نوع تلسکوپها، تلسکوپ شکستی گفته میشود. نوع دیگر تلسکوپ، تلسکوپ بازتابی است (شکل ب) که نخستین بار در سال 1672 میلادی، توسط نیوتون ساخته شد.
شکل زیر تصویری از تلسکوپ رصدخانۀ ملی ایران را نشان میدهد که قطر آینه اصلی آن 3 متر و 40 سانتیمتر و قطر آینه دوم (ثانویه) آن 60 سانتیمتر است. چنین تلسکوپی در جهان جزو تلسکوپهای نوری رده متوسط محسوب میشود؛ با وجود این، پس از بهرهبرداری، قویترین تلسکوپ بازتابی در ایران و منطقه خواهد بود. ساخت رصدخانۀ ملی ایران از اوایل دهۀ 80 هجری خورشیدی بر فراز قلۀ 3600 متری گرگش در نزدیکی قمصر کاشان شروع شد و پیش بینی میشود در سال 1401 مورد بهرهبرداری علمی قرار گیرد.
|
|
|
