پاشندگي نور توسط منشور نور مرئي كه به نور سفيد هم مشهور است، شامل مجموعه اي از رنگ هاي متفاوت است. طيف اين رنگ هاي متفاوت توسط منشور مثلثي قابل مشاهده است. نور سفيد توسط منشور مثلثي به رنگ هاي قرمز، نارنجي، زرد، سبز، آبي و بنفش تجزيه مي شود. تجزيه نور سفيد به رنگ هاي مختلف به پاشندگي نور معروف است. هر يك از رنگ هاي طيف نور سفيد، طول موج هاي متفاوتي دارند و رنگ هاي مختلف با فركانس هاي متفاوت در نور سفيد، با مقادير و زواياي مختلفي خميده مي شوند. پديده ي پاشندگي نور را با جزئيات در اين درس بررسي خواهيم كرد و به اين سؤال پاسخ خواهيم داد كه چرا در درس هاي قبلي، چگالي نوري را معرفي كرديم و يافتيم كه مواد متفاوت، چگالي نوري متفاوتي دارند.
چگالي نوري؛ ميزان تمايل ماده براي كاهش سرعت نور هنگام عبور از ماده را نشان مي دهد. همانطور كه قبلاً اشاره شده وقتي موج نوري وارد ماده اي مي شود؛ با اتم هاي آن ماده واكنش دارد.
هنگامي كه موج نور با يك اتم از ماده برخورد مي كند،توسط آن اتم جذب مي شود. اين انرژِي جذب شده باعث نوسان الكترون در اتم مي شود. اگر بسامد موج نور فرودي با بسامد رزونانس نوسان الكترون هم خواني نداشته باشد، آنگاه نور با همان بسامد فرودي دوباره از اتم گسيل مي شود. موج نور بين فضاي خالي بين دو اتم حركت مي كند. وقتي به اتم بعدي برخورد مي كند، فرايند جذب و گسيل دوباره تكرار مي شود.
شكل: انتشار يك فوتون در خلال يك محيط
چگالي نوري يك ماده، ميل اتم هاي آن ماده براي نگهداري انرژي موج نور به صورت نوسان الكترون اتم هاي آن ماده است؛ قبل از گسيل مجدد كه به صورت يك اغتشاش مغناطيسي جديد است. موج نور با سرعت 3 × 10 8 m/s در خلأ حركت مي كند. هنگام گذر از يك ماده، سرعت موج نور كمتر از c است. مقدار ضريب شكست n)) براي يك محيط خاص، در واقع چگالي نوري آن محيط را تعيين مي كند. موادي كه ضريب شكست بالاتري دارند، انرژي نوراني جذب شده را قبل از گسيل مجدد به فضاي خالي بين اتمي، مدت زمان بيشتري نگه مي دارند. هر چه بسامد موج نور با بسامد تشديد الكترون هاي ماده، هم خواني بيشتري داشته باشد، چگالي نوري بيشتر و در نتيجه ضريب شكست بزرگتر خواهد بود. سرعت نور در اين مواد، بيشتر كاهش خواهد يافت.
مقدار ضريب شكست يك ماده، براي بسامدهاي مختلف، متفاوت است. مثلاً مقدار n براي نور بنفش 53/1 و براي نور قرمز كه بسامدش با نور بنفش فرق دارد 51/1 است اين تفاوت در مقدار ضريب شكست ها اگر چه ناچيز است، امٌا وجود دارد.
فرايند جذب و گسيل براي موج هايي با بسامد بالاتر (طول موج كمتر) مثل نور بنفش سبب مي شود كه سرعت اين نور در شيشه كمتر از نور قرمز باشد كه بسامد كمتر (طول موج بيشتر) دارد. مقادير مختلف ضريب شكست شيشه براي بسامدهاي متفاوت (طول موج هاي مختلف) سبب پاشندگي نور توسط منشور مثلثي شكل مي شود.
نور بنفش، سرعتش كمتر است به دليل اين كه فرآيند جذب و گسيل بيشتر طول مي كشد در نتيجه نور بنفش بيشتر از نور قرمز مي شكند. اگر نور سفيد به اولين مرز منشور مثلثي برسد، اندكي به رنگ هاي طيف تشكيل دهنده اش تجزيه مي شود. اما پس از رسيدن به مرز دوم جداسازي بيشتر شده و پاشندگي نور سفيد به وضوح قابل مشاهده است.
زاويه انحراف ميزان شكست كلي حاصل از عبور از يك منشور به زاويه انحراف معروف است كه با دلتا نمايش مي دهند. زاويه انحراف، زاويه بين پرتو فرودي است كه به وجه اول منشور برخورد مي كند و پرتو شكسته شده كه از وجه دوم منشور خارج مي شود. زاويه انحراف براي طيف هاي مختلف نور سفيد متفاوت است، زيرا مقدار خميدگي براي طيف هاي مختلف نور سفيد كه داراي طول موج هاي متفاوت مي باشند، فرق مي كند. زاويه ي انحراف براي طول موج هاي مختلف، متفاوت است.
طول موج هاي كوتاه داراي زاويه ي انحراف بيشتري نسبت به طول موج هاي بلند هستند. اين زواياي منحرف متفاوت براي طيف هاي مختلف نور سفيد، موجب مشاهده ي پديده ي پاشندگي نور سفيد توسط منشور مي شود.
شكل : زاويه ي انحراف نور آبي، بيشتر از زاويه انحراف نور قرمز است.
پاشندگي نور توسط منشور، سؤالات متعدد ديگري ايجاد مي كند: آيا يك مربع يا يك منشور مستطيلي مي تواند سبب پاشندگي نور سفيد شود؟
پاسخ كوتاه اين است كه مي شود، تفصيل اين پديده در قسمت زير آمده است. يك كاغذ سياه كه سوراخ بسيار ريزي دارد، در نظر بگيريد، نور چراغ قوه را به اين كاغذ بتابانيد تا باريكه ي نور سفيدي ايجاد كنيد، اين پرتو نور سفيد را به يك منشور شيشه اي به شكل مستطيل بتابانيد. وقتي نور بخواهد از هوا به شيشه وارد شود، شكسته شده به خط عمود نزديك مي شود و هنگام خروج از شيشه دوباره شكسته شده و از خط عمود دور مي شود. در ميان طيف هاي نور سفيد، نور بنفش طول موج كوتاه تر و نور قرمز طول موج بلندتري دارد. در نتيجه نور بنفش بيشتر از نور قرمز شكسته مي شود.
در محل ورود نور به شيشه، نور شكسته شده ، به صورت جزئي پاشيده مي شود. هنگام خروج از منشور شيشه اي شكست در خلاف جهت رخ مي دهد و نور شكسته داده شده، از خط عمود دور مي شود و اين بار خميدگي نور بنفش از نور قرمز اندكي بيشتر خواهد بود ولي در جهت معكوس.
نور سفيد در حين عبور از مرز اول، پاشيده مي شود و نور بنفش از نور قرمز جدا مي شود و هنگام گذر از از مرز دوم جهت شكست برعكس مي شود؛ از آنجا كه نور بنفش حين عبور از مستطيل پايين تر قرار مي گيرد، اولين رنگي است كه در لبه ي پايين تر باريكه حاضر مي شود، كه اين موضوع براي نور قرمز هم رخ مي دهد.
وقتي نور سفيد از متوازي الاضلاع مي گذرد، هيچ زاويه ي انحرافي بين باريكه ورودي و خروجي وجود ندارد.
پاشندگي نور سفيد نشان مي دهد كه طيف هايي با طول موج هاي مختلف درنور مرئي وجود دارد. كه اين موضوع براي درك چگونگي تشكيل رنگين كمان اهميت دارد. كه در درس هاي بعدي به اين موضوع خواهيم پرداخت.
|
موضوعات مرتبط: فیزیک1