نور و آينه ها

نور و آينه ها

نور صورتي از انرژي تابشي است كه با سرعت 300000 كيلومتر بر ثانيه درفضا سير مي كند.

فرايند نور:
1- موجب ديدن اجسام مي شود.
2- موجب عمل غذاسازي گياهان مي شود.
3- باعث كاركردن كليه وسايل نوري مي شود.

4- موجب تغيير رنگ لباس و پارچه مي شود.

براي آنكه جسمي ديده شود، بايد از آن جسم نور به چشم برسد، بنابر اين جسم يا بايد از خودش نور تابش كند و يا نورهايي را كه برآن تابيده شده است، به طرف چشم بيننده بازتاب دهد.
به همين دليل اجسام به دو دسته تقسيم مي شوند.
1- اجسام منير يا چشمه ي نور: اجسامي كه از خود نور توليد مي كنند. مانند خورشيد، لامپ روشن، شمع روشن، چوب در حال سوختن
2- اجسام غير منير: اين اجسام از خود نوري تابش نمي كنند، بلكه نوري را كه از چشمه هاي نور به آن ها تابيده است به طرف چشم، باز مي گردانند، در نتيجه ما مي توانيم آن ها را ببينيم.

انواع چشمه ي نور:
1- چشمه ي گسترده نور: يك شي نوراني نظير خورشيد، چراغ روشن، شعله ي شمع را چشمه ي نور گسترده مي ناميم.


2- چشمه نور نقطه اي: اگر صفحه اي از مقوا را كه روي آن روزنه ي كوچكي ايجاد شده است، درمقابل چراغ روشني قراردهيم، نور چراغ پس از گذشتن از روزنه منتشر مي شود و روزنه مانند يك چشمه نور كوچك عمل مي كند كه به آن چشمه ي نقطه اي نور مي گويند.

تقسيم بندي اجسام غير منير از نظر عبور نور از آنها:
1- اجسام شفاف : اجسامي كه نور از آن ها عبور مي كند مانند شيشه – هوا – آب

2- اجسام نيمه شفاف : اجسامي كه نور از آن ها عبور مي كند ولي از پشت آن ها اجسام ديگر به طور واضح ديده نمي شوند. مانند شيشه هاي مات – كاغذ كالك
3- اجسام كدر اجسامي كه نور از آن ها عبور نمي كند.مانند آجر-مقوا-چوب و ....

نور به خط راست منتشر مي شود.
چند دليل مهم براي اثبات اين موضوع:
1- عبور نور از لابه لاي شاخ و برگ درختان
2- تشكيل سايه
3- خورشيد گرفتگي
4- ماه گرفتگي

سايه چگونه تشكيل مي شود؟ اگر جسم كدري در مقابل منبع نوري قرار گيرد در پشت جسم محوطه ي تاريكي بوجود مي آيد كه به آن سايه مي گويند.

راههاي تشكيل سايه :
1- تشكيل سايه به وسيله چشمه ي نقطه اي نور: در اين حالت فقط سايه كامل ايجاد مي شود و مرز مشخصي بين تاريكي و روشنايي وجود دارد.
نكته: قطر سايه به فاصله ي چشمه ي نور تا جسم كدر و پرده بستگي دارد.
نكته: هر گاه چشمه ي نور به جسم كدر نزديك شود قطر سايه بزرگتر مي شود و هرگاه چشمه ي نور را از جسم كدر دور كنيم قطر سايه كوچك تر مي شود.

2- تشكيل سايه به وسيله چشمه ي گسترده نور: در اين حالت علاوه بر سايه كامل، نيم سايه نيز ديده مي شود.
- خورشيد گرفتگي (كسوف): هر گاه در چرخش ماه به دور زمين و هر دو به دور خورشيد، مركز آن سه (ماه،زمين،خورشيد) روي يك خط راست واقع شود به طوري كه ماه در وسط باشد، ماه جلوي نور خورشيد را مي گيرد و سايه آن روي زمين مي افتد در نتيجه كساني كه در سايه ي ماه قرار دارند خورشيد را تاريك مي بينند. در اين صورت مي گوييم، خورشيد گرفتگي رخ داده است.
- ماه گرفتگي: اگر زمين بين ماه و خورشيد قرار گيرد، زمين جلوي نور خورشيد را مي گيرد و سايه آن روي ماه مي افتد و آن را تاريك مي كند. در اين صورت مي گوييم ماه گرفتگي رخ داده است.

بازتاب نور : برگشت نور از سطح يك جسم را بازتاب مي گويند.
انواع بازتاب نور:
1- بازتاب منظم: اين بازتابش در سطوح بسيار صاف صورت مي گيرد. در اين صورت پرتوهاي نور به طور موازي به سطح تابيده و به طور موازي در يك جهت بازتاب مي شوند. در اين نوع بازتاب همواره تصويري واضح و روشن ايجاد مي شود. مانند آينه

2- بازتاب نامنظم: هرگاه يك دسته پرتو موازي نور به سطح ناهمواري برخورد كند به صورت پرتوهاي غير موازي و در جهات متفاوت بازتاب مي شوند. دراين نوع بازتابش تصوير اشياء مبهم و نامشخص است.

اصل انعكاس: در بازتاب نور از سطح يك جسم، همواره زاويه تابش و بازتاب برابرند.

نكته 1: پرتو تابش: پرتو نوري كه به سطح مي تابد.(I)
نكته2: پرتو بازتابش: پرتو بازگشته از سطح را مي گويند.(R)
نكته3: زاويه تابش: زاويه بين پرتو تابش و خط عمود را مي گويند.(i)
نكته4: زاويه بازتابش: زاويه بين پرتو بازتاب و خط عمود را گويند.(r)
نكته5: زاويه آلفا α : زاويه بين پرتو تابش و سطح آينه را گويند.
نكته6: زاويه بتا α : زوايه بين پرتو بازتاب و سطح آينه را گويند.
نكته7: زاويه تابش متمم زاويه α است.
نكته8: زاويه باز تابش متمم زاويه β است.

انواع دسته اشعه (پرتو) نوراني:
1- دسته پرتو موازي: اين پرتوها همانطور كه از اسمشان پيدا است با هم موازي هستند.

2- دسته پرتو همگرا: پرتوهايي هستند كه در آن شعاع هاي نور در جهت انتشار به هم نزديك مي شوند و در يك نقطه به هم مي رسند.

3- دسته پرتو واگرا: پرتوهايي كه در آن شعاع هاي نور در جهت انتشار از هم دور مي شوند.

پرتوهاي حقيقي:
پرتوهاي تابش و بازتابش كه به چشم مي رسند را پرتوهاي حقيقي مي گويند.
پرتوهاي مجازي:
امتداد پرتوهاي واگرايي كه از سطح آينه بازتاب مي شوند(در پشت آينه) پرتوهاي مجازي گفته مي شود.
تصوير حقيقي:
زماني تشكيل مي شود كه پرتوهاي تابش شده از يك نقطه شي پس از برخورد به آينه يا عدسي در نقطه اي ديگر به هم برسند. تصوير حقيقي بر روي پرده تشكيل مي شود.

تصوير مجازي:
تصويري كه پرتوهاي مجازي در پشت آينه به وجود مي آورند را مي گويند.تصوير مجازي بر روي پرده تشكيل نمي شود.

آينه:
قطعات شيشه اي كه پشت آنها نقره اندود يا جيوه اندود شده است و مي توانند نور را بازتاب دهند بازتاب از سطح آينه منظم است.

ويژگي هاي تصوير در آينه تخت
1- تصوير مجازي
2- تصوير مستقيم
3- تصوير برگردان(وارون جانبي)
4- طول تصوير با طول جسم برابر است.
5- فاصله تصوير تا آينه با فاصله ي جسم تا آينه برابر است.

كاربرد آينه ي تخت:
1- استفاده از تصوير مستقيم آن در خانه و وسايل نقليه
2- استفاده از آينه براي ارسال علايم مخابراتي به فاصله دور
3- استفاده از آينه ي تخت براي اندازه گيري سرعت نور و وسايل نور بازتابي (تلسكوپ بازتابي)
4- پريسكوپ: اين دستگاه از لوله اي تشكيل شده كه در دو طرف آن دو آينه ي تخت موازي نصب شده كه هر يك از اين آينه ها با محور آينه زوايه 45 درجه مي سازد. هر تصويري كه در يكي از اين آينه ها ديده مي شود در ديگري نيز مشاهده مي شود.

انتقال آينه ي تخت:
هرگاه جسمي در برابر آينه ي تختي قرار گيرد، تصوير مجازي آن در آينه ديده مي شود. چنانچه آينه به اندازه d جابه جا شود. تصوير به اندازه 2d نسبت به جسم جابه جا مي شود.

اگر آينه ثابت باشد و جسم به اندازه d نسبت به آينه جا به جا شود تصوير نسبت به جسم به اندازه d جا به جا مي شود.
سرعت انتقال تصوير:
سرعت انتقال تصوير در آينه ي تخت در حالتي كه آينه ثابت باشد و جسم با سرعت V در راستاي عمود بر سطح آينه حركت كند، نسبت به مكان اوليه اش برابر V است.
در حالي كه جسم ساكن باشد و آينه در راستاي عمود بر سطح آينه با سرعت V حركت كند، سرعت انتقال تصوير در آينه نسبت به مكان اوليه اش برابر 2V خواهد بود.
در حالي كه جسم و آينه هر يك با سرعت V به طرف هم حركت كنند، سرعت انتقال تصوير در آينه نسبت به مكان اوليه اش برابر 3Vخواهد بود.
تصوير در آينه هاي متقاطع:
هر گاه جسم روشني در فضاي بين دو آينه ي متقاطع قرار گيرد پرتوهايي از جسم به هر يك از دو آينه مي تابد و دو تصوير مجازي به وجود مي آورد. اگر پرتوها پس از باز تابش هاي متوالي به آينه برخورد كنند تصويرهاي ديگري نمايان مي شود. هر چه زاويه بين دوآينه α كوچكتر باشد تعداد اين تصويرها بيش تر است.

نكته: در حالتي كه دو آينه موازي باشند 0=α تعداد تصاوير بي نهايت زياد است.

آينه هاي كروي:
الف) آينه مقعر(كاو): اگر سطح داخلي آينه بازتاب كننده باشد، به آن آينه كاو مي گويند.
نكته 1: اگر يك دسته پرتو نور موازي به آينه كاو بتابد پرتوهاي بازتابيده در يك نقطه به نام كانون حقيقي به هم مي رسند.
كانون با حرف F نمايش داده مي شود.
به فاصله كانون تا آينه، فاصله كانوني مي گويند و با حرف f نمايش مي دهند.

نكته2: آينه هاي كاو مي توانند از يك جسم هم تصوير مجازي و هم تصوير حقيقي ايجاد كنند.
تشكيل تصوير حقيقي يا مجازي، بستگي به فاصله جسم از آينه هاي كاو دارد. هر چه جسم به آينه نزديك تر باشد، تصوير در فاصله اي دورتر ايجاد مي شود و هرچه جسم را از آينه دور كنيم تصوير به آينه نزديك تر مي شود.

ب) آينه ي كوژ: اگر سطح خارجي آينه بازتاب كننده باشد، آن را آينه ي كوژ مي گويند.
نكته1: هرگاه پرتوهاي نور موازي محور اصلي به آينه محدب بتابد، طوري باز مي تابد كه امتداد پرتوهاي بازتاب از يك نقطه روي محور اصلي مي گذرند. اين نقطه را كانون اصلي آينه ي محدب مي نامند. كانون آينه محدب مجازي است.

نكته 2: تصوير در آينه ي محدب همواره مجازي، كوچك تر از جسم و مستقيم خواهد بود.

شكست نور:
وقتي نور به جسمي مي تابد، مقداري از آن نور بازتاب مي شود، مقداري نيز از جسم عبور مي كند،
اما جسم هاي شفاف مانند هوا، آب، شيشه، طلق هاي پلاستيكي شفاف نور را به خوبي از خود عبور مي دهند.

نور در يك محيط معين در مسير مستقيم حركت مي كند.
اگر در مسير نور يك قطعه جسم شفاف عمود در مسير نور قرار گيرد، مسير نور در هنگام عبور از جسم هم چنان مستقيم خواهد بود.

اما اگر نور در مسير خود، با زوايه اي ديگر به يك جسم شفاف (مثلا شيشه) برخورد كند، هنگام ورود به شيشه مسير حركتش مقداري كج مي شود. به اين پديده شكست نور مي گويند.

نور در يك محيط معين، به صورت مستقيم و با سرعت ثابت حركت مي كند، هرگاه محيط تغيير كند، سرعت نور نيز تغيير كرده و نور منحرف مي شود و در مسير جديد به خط راست حركت مي كند.
تغيير مسير پرتو نور به هنگام عبور از يك محيط شفاف به محيط شفاف ديگر را شكست نور مي گويند.
زاويه تابش: زاويه اي بين پرتو تابش و خط عمود (i)
زاويه شكست: زاويه اي بين پرتو شكست و خط عمود (r)
رابطه ي زاويه تابش و زاويه ي شكست:
1- اگر پرتو تابش عمود بر سطح مشترك بين دو محيط باشد،(يعني زاويه آن با خط عمود برابر صفر باشد) در اين صورت نور بدون شكست وارد محيط دوم شده و منحرف نمي شود.

2- اگر پرتو تابش از محيط رقيق وارد محيط غليظ شود در اين حالت پرتو شكست به خط عمود نزديك مي شود يعني زاويه شكست از زاويه ي تابش كوچك تر مي شود.

3- اگر پرتو تابش از محيط غليظ وارد محيط رقيق شود، در اين حالت پرتو شكست از خط عمود دورتر مي شود و زاويه ي شكست از زاويه ي تابش بزرگ تر مي شود.

علت شكست نور:
علت شكست نور، متفاوت بودن سرعت نور در محيط هاي مختلف است. سرعت نور در خلا يا هوا در حدود است اما وقتيكه وارد آب مي شود، سرعت آن به حدود كيلومتر بر ثانيه مي رسد. سرعت نور در شيشه(كه غليظ تر از آب است) كم تر و در حدود است. اين تفاوت سرعت نور سبب مي شود كه راستاي پرتوهاي نور هنگام عبور از يك محيط به محيط ديگر، شكسته شود و پديده شكست نور اتفاق بيفتد.

عمق ظاهري، عمق واقعي:
هنگامي كه از هوا به جسمي در داخل آب نگاه كنيم آن جسم به سطح آب نزديكتر و وقتي از داخل آب به جسمي در هوا نگاه كنيم، دورتر به نظر مي رسد. وقتي نور به طور مايل از يك محيط شفاف وارد محيط شفاف ديگر مي شود، در مرز مشترك دو محيط، تغيير مي دهد(شكسته مي شود) همين عامل سبب بالاتر ديده شدن جسم نسبت به سطح واقعي گردد.

منشور:
قطعه اي مثلثي شكل است كه از يك ماده شفاف مثل شيشه يا پلاستيك هاي بي رنگ ساخته مي شود. وقتي پرتوهاي نور به يكي از ديواره هاي منشور برخورد مي كند و به آن وارد مي شود، در اثر پديده ي شكست مسيرش تغيير مي كند. اين پرتو هنگام خروج از ديواره ي ديگر منشور نيز، دچار تغيير مي شود.

آزمايش نيوتن:
هرگاه شعاع نور سفيدي بر يك وجه منشور شيشه اي كه قاعده ي آن به شكل مثلث است بتابانيم، نور سفيد تجزيه شده و پرتوهاي خروجي از منشور بر روي پرده طيف رنگيني از هفت رنگ قرمز، نارنجي، زرد، سبز، آبي، نيلي و بنفش را تشكيل مي دهد. علت اين پديده آن است كه ميزان شكست نورهاي رنگي مختلف، با هم يكسان نيست. هرگاه نور سفيد وارد منشور شود، تغيير مسير رنگ هاي تشكيل دهنده ي نور سفيد از قرمز تا بنفش بيش تر شده و به هنگام خروج از منشور رنگ هاي مختلف نور سفيد از يكديگر جدا مي شوند.
جداسازي رنگ هاي نور سفيد به وسيله ي منشور را پاشيدگي نور (پاشيده شدن) مي گويند.

به مجموعه نورهاي رنگي كه از پاشيده شدن نور در منشور به وجود مي آيد طيف نور گفته مي شود.
عدسي ها:
اگر دو منشور را مطابق شكل هاي مقابل به هم بچسبانيم و سطح آن ها را به صورت خميده تراش دهيم، عدسي به وجود مي آيد.

عدسي ها مانند منشور مي تواند جهت پرتوهاي نور را تغيير دهد، همين امر سبب مي شود اجسام از پشت عدسي به صورتهاي مختلف ديده شوند.

انواع عدسي:
1- عدسي همگرا(محدب يا كوژ) ضخامت وسط اين عدسي بيش تر از ضخامت كناره هاي آن است.
اين نوع عدسي پرتوهاي نور موازي را شكسته و در يك نقطه متمركز مي كند يا به عبارت ديگر پرتوهاي نور را به يكديگر نزديك مي كند.
2- عدسي واگرا (مقعر يا كاو) ضخامت وسط اين عدسي كم تر از ضخامت كناره هاي آن است.
اين نوع عدسي پرتوهاي نور موازي را شكسته و آنها را واگرا مي نمايد به عبارت ديگر پرتوهاي نور را از يكديگر دور مي كند.

عدسي همگرا:

اين نقطه كانون عدسي(ذره بين)است. اگر فاصله ي بين عدسي تا صفحه ي كاغذ را اندازه بگيريد، اين فاصله را فاصله كانوني عدسي گويند.
هرگاه يك دسته پرتو نور موازي با محور اصلي به عدسي همگرا بتابد پس از عبور از عدسي شكسته شده و پرتوها در يك نقطه يكديگر را قطع مي كنند. اين نقطه كانون اصلي عدسي بوده و با F نمايش داده مي شود.

فاصله ي بين كانون و مركز نوري عدسي را فاصله ي كانوني عدسي مي گويند و با علامت (f) نمايش مي دهند.
نكته: عدسي هاي همگرا هم تصوير حقيقي و هم تصوير مجازي ايجاد مي كنند.
ويژگي هاي تصوير در عدسي همگرا بستگي به فاصله شي از عدسي و فاصله ي كانوني دارد.
عدسي واگرا:
هر گاه پرتوهايي موازي محور اصلي به عدسي واگرا بتابد پس از شكست و عبور از عدسي طوري از هم دور مي شوند كه امتداد آن ها از يك نقطه روي محور اصلي بگذرند. اين نقطه را كانون عدسي واگرا مي نامند.
نكته: عدسي ها واگرا همواره تصويري مجازي، مستقيم، كوچك تر از جسم و نزديك تر(در همان طرف شي) ايجاد مي كند.