رابطه شكست نور با تغيير سرعت نور در دو محيط

س: اصل برگشت پذيري نور چگونه است؟

ج:  در پديده هاي بازتابش يا شكست نور، هرگاه جهت تابش نور عوض شود نور همان مسير قبلي را طي خواهد كرد. به عبارت ديگر مسير نور به جهت تابش آن بستگي ندارد. اين خاصيت را اصل برگشت پذيري نور مي گويند.

س: علت شكست نور چيست؟

ج: سرعت نور در محيط هاي شفاف مختلف يكسان نيست، بطوريكه بيشترين سرعت آن در خلاء ( يا تقريباً هوا) بوده و برابر 300000 كيلومتر بر ثانيه است. در محيطهتي ديگر مثل آب و شيشه و غيره سرعت نور كمتر از اين مقدار است. لذا هنگامي كه محيط حركت نور از نظر غلظت تغيير ميكند سرعت آن نيز تغيير مي نمايد و با افزايش غلظت سرعت كاهش پيدا مي كندو بر عكس. به اين ترتيب علت شكست نور تغيير سرعت آن هنگام وارد شدن به محيط شفاف دوم است.

Eتذكر: نسبت ضريب شكست دو محيط بر هم را ضريب شكست نسبي دو محيط مي نامند.

ج: نسبت طول تصوير() به طول جسم( AB ) را بزرگنمايي خطي آينه مي نامند و با حرف m نشان مي دهند.

Eتذكر: بزرگنمايي خطي در آينه هاي كروي با نسبت فاصله تصوير تا آينه( q) به فاصله جسم تا آينه( p) نيز برابر است يعني:

m=^q/_P

Eتذكر: در صورتي كه تصوير مجازي باشد، بكار بردن علامت منفي براي qدر فرمول بزرگنمايي ضروري نيست

شكست نور و عدسي ها

بخش اول شكست نور:

س: شكست نور چگونه است؟

ج: تعريف:    هنگامي كه پرتو نوري به طور مايل از يك محيط شفاف (مثل هوا)وارد محيط شفاف ديگري (مثل آب ) مي شود، در سطح جدا كننده دو محيط مسير آن تغيير مي كند، اين پديده را شكست نور مي گويند.

در شكل بالاپرتو AC پرتو تابش و پرتو CB پرتو شكست ناميده مي شود و نيز محيطي را كه نور در آن حركت مي كند محيط اول و محيطي را كه در آن شكست مي يابد محيط دوم مي گويند.

موارد ساده اي از اين پديده را در شكل زير مشاهده مي كنيد .

س: تعريف زاويه تابش؟

ج: زاويه بين پرتو تابش و خط عمود بر سطح جداكننده دو محيط در نقطه تابش را زاويه تابش مي نامند و با حرف( i) نشان مي دهند.

س: تعريف زاويه شكست؟

ج: زاويه بين پرتو شكست و خط عمو بر سطح جداكننده دو محيط درنقطه  تابش را زاويه شكست مي نامند و با حرف (r) نشان مي دهند.

شكل مقابل ، گذر نور از سطح مرزي بين يك محيط شفاف رقيق ، مانند هوا و يك محيط شفاف غليظ مانند شيشه يا آب را نشان مي دهد .
زاويه بين باريكه نور وخط عمود بر سطح ، در محيط غليظ تر ، كمتر از محيط رقيق تر است .

Eتذكر هاي مهم:

1- محيطي كه پرتو تابش در آن قرار دارد محيط اول و محيطي كه پرتو شكست در آن است محيط دوم در نظر گرفته مي شود.

2- هرگاه پرتوي بطور عمود بر سطح جدا كننده دو محيط شفاف بتابد، بدون شكست عبور مي كند.

3- هرگاه محيط شفاف دوم غليظ تر از محيط   شفاف اول باشد، پرتو شكست به خط عمود نزديكتر مي شود و برعكس اگر محيط اول غليظتر از محيط دوم باشد، پرتو شكست از خط عمود دورر مي شود.

در اين پديده پرتوهاي نور  از آب وارد هوا شده لذا طوري منحرف مي شوند كه از خط عمود بر سطح دور شوند . اما چشم هميشه عادت دارد اجسام را در مسير مستقيم مشاهده كند . لذا شي آبي رنگ كمي بالاتر به نظر مي آيد .
به فيلم زير توجه كنيد . چرا كارت بالاتر به نظر مي رسد؟

 آينه مقعر پرتوهاي نور را چگونه باز مي تاباند؟

ج: پرتوهاي تابيده شده به آينه مقعر پس از بازتابش به هم نزديك شده و در يك نقطه جمع مي شوند. به اين علت آينه هاي مقعر را همگرا نيز مي نامند.

 تعريف كانون حقيقي

در آينه مقعر نقطه اي را كه پرتوهاي بازتابشي به هم مي رسند، كانون حقيقي مي نامند. اين نقطه به صورت يك لكه روشن مشاهده مي شود.

 تعريف كانون مجازي

 در آينه محدب نقطه اي را كه امتداد پرتوهاي بازتابشي به هم مي رشند، كانون مجازي مي نامند و قابل مشاهده نيست.

شکل ٤-٢٣- کانون در آينه ي محدب

 مشخصات آينه كروي كدامند؟

ج: عبارتند از:

1- مركز انحناي آينه( C) ،مركز كره اي است كه آينه قسمتي از آن مي باشد.

2- رأس آينه ( P )، مركز سطح بازتابنده آينه است.

3- محور اصلي آينه، خطي است كه از رأس و مركز انحناي آينه  مي گذرد.

4- شعاع انحناي آينه( r )، شعاع كره اي است كه آينه قسمتي از آن مي باشد، اين اندازه در شكل زير(الف) برابر PC است.

5- كانون اصلي آينه مقعر(F )، نقطه اي است كه همه پرتوهاي موازي محور اصلي و نزديك به اين محور، پس از بازتابش از اين نقطه مي گذرند، كانون آينه مقعر حقيقي است.

6- كانون اصلي آينه محدب( F)، نقطه اي است كه همه پرتوهاي موازي محور اصلي و نزديك به اين محور پس از بازتابش به نظر مي رسند كه از اين نقطه مي آيند، كانون آينه محدب مجازي است.

7- فاصله كانوني آينه( f )، فاصله بين رأس و كانون اصلي آينه است(f=PF )

Eتذكر1: فاصله كانوني آينه تقريباً نصف شعاع انحناي آن است، يعني:

Eتذكر 2: قانون هاي بازتابش نور در آينه هاي كروي نيز صدق مي كنند، بطوريكه در شكل هاي زير مشاهده مي كنيد، زاويه هاي تابش و بازتابش در هر دو آينه با هم برابرند.

                                 

 

 مشخصات تصوير در آينه هاي كروي كدامند؟

ج: در آينه هاي كروي برخلاف آينه تخت تصوير هميشه داراي ويژگيهاي يكساني نيست، بلكه بسته به فاصله جسم تا آينه تصويري با ويژگيهاي متفاوت ايجاد مي شود. در حالت كلي براي مشخص كردن ويژگيهاي تصوير در آينه هاي كروي( و نيز عدسي ها) بايد موارد زير را در مورد آن تعيين نماييم:

1- حقيقي يا مجازي بودن تصوير.

2- وارونه يا مستقيم بودن تصوير.

3- بزرگتر يا كوچكتر بودن تصوير از جسم.

4- محل تصوير.

 در آينه هاي كروي تصوير چگونه رسم مي شود؟

ج: به وسيله پرتوهاي راهنما، اين پرتوها از بين بي نهايت پرتوي كه از جسم به آينه مي تابند انتخاب مي شوند. تصوير جسم در محل تقاطع پرتوهاي بازتابشي در جلو آينه و يا در محل تقاطع امتداد آنها در پشت آينه تشكيل مي شود.

 پرتوهاي راهنما كدامند؟

ج: 1-  پرتوي كه موازي محور اصلي به آينه مي تابد و هنگام بازتابش خود يا امتداد آن از كانون اصلي آينه مي گذرد:

2- پرتوي كه هنگام تابش خود يا امتداد آن از كانون اصلي آينه مي گذرد و موازي با محور اصلي باز تابش مي نمايد:

3- پرتوي كه هنگام تابش خود يا امتداد آن از مركز انحناي آينه مي گذرد و چون بر سطح آينه عمود است بر روي خود باز تابيده مي شود:

4- پرتوي كه به رأس آينه مي تابد و با همان زاويه تابيده شده، باز تابيده مي شود:

Eتذكر: براي رسم تصوير در آينه هاي كروي، تنها استفاده از دو پرتو راهنما كه مناسبتر باشند كافي است.

 چگونگي تشکيل تصوير درآينه هاي مقعر (کاو)

 تصوير در آينه مقعر چند حالت دارد؟

ج: بسته به فاصله جسم تا آينه 6 نوع تصوير در آينه مقعر مي تواند ايجاد شود. اين تصويرها به صورت زير هستند:

1-  شيء‌ بين F و P ( در فاصله كانوني)

تصوير: 1)  پشت آينه            2) مجازي

          3) مستقيم            4) بزرگتر از شيء

2- شيء در كانون                   

تصوير: در بي نهايت

3-شيء بين F (كانون) و C (مركز آينه)

تصوير:

1) خارج از فاصله CP(بين مركز و بي نهايت)                2) حقيقي  

 3) وارونه                                                            4) بزرگتر از شيء

4-شيء در مركز C

تصوير:

 1) در مرکز                2) حقيقي           

 3) وارونه             4) برابر خود شيء

5-شيء خارج از فاصله CP

تصوير:

 1) بين مرکز و کانون   2) حقيقي           

3) وارونه            4)كوچكتر از شيء

6-شيء در بي نهايت( خيلي دور)

تصوير:

1) در كانون     2) حقيقي           

 3) وارون        4) كوچكتر از شيء

Eتذكر: از دقت در شكل هاي بالا نتيجه مي شود

1- در آينه مقعر هر چقدر فاصله جسم از آينه بيشتر شود، تصوبر آن به آينه نزديكتر خواهد شد.

2- كوچكترين فاصله تصوير حقيقي در آينه مقعر، برابر فاصله كانوني آينه است.

3- هنگامي كه جسم از C تا بي نهايت تغيير فاصله مي دهد، محل تصوير آن از C به طرف F جابه جا مي شود.

4- آينه مقعر فقط در يك حالت تصوير نجازي و مستقيم ايجاد مي كند، و آن هنگامي است كه جسم در داخل فاصله كانوني آينه يعني بين F و P باشد( تصوير الف)، در بقيه حالتها تمام تصويرها حقيقي و وارونه هستند.

 تصوير در آينه محدب چند حالت دارد؟

ج: فقط يك حالت دارد، آينه محدب از جسمي كه در مقابل آن قرار دارد، هميشه تصويري مجازي و مستقيم و كوچكتر از جسم، در پشت آينه و در داخل فاصله كانون مجازي تشكيل مي دهد.

Eتذكر: 1-با دور شدن جسم از آينه محدب اندازه تصوير نيز كوچكتر مي شود و برعكس، اما تصوير هميشه از جسم كوچكتر است.

2- در آينه محدب فاصله تصوير تا آينه هميشه كوچكتر از  است.

3- در آينه محدب فاصله تصوير تا آينه( q ) هميشه كوچكتر از فاصله جسم تا آينه( p) است.

 مزيت آينه محدب چيست؟

ج: به دليل كوچكتر بودن تصوير در آينه محدب ميدان ديد آن( يعني فضايي كه يم نفر در آينه، پشت سر خود را مي بيند) بزرگتر از ساير آينه هاست، لذا از آينه محدب در وسايل نقليه، در پيچ تند جاده ها، فروشگاههاي بزرگ و در بالاي پلكان اتوبوسهاي دو طبقه استفاده مي شود.

 در آينه هاي كروي فاصله تصوير تا آينه چگونه محاسبه مي شود؟

ج:  در آينه هاي كروي بين فاصله كانوني آينه( f ) و فاصله جسم از آينه( p) و فاصله تصوير از آينه ( q) رابطه زير وجود دارد:

در رابطه بالا فاصله ها بايد بر حسب متر يا سانتيمتر قرار داده شوند.

Eتذكر مهم:  براي آنكه بتوان اين فرمول را در تمام حالتها در مورد آينه هاي مقعر و محدب بكار برد از قراردادهاي زير استفاده مي كنيم:

1- رأس آينه مبدأ سنجش تمام فاصله هاست.

2- اگر تصوير و كانون حقيقي باشد، فاصله آن از آينه منفي در نظر گرفته مي شود. به اين ترتيب در فرمول فوق فاصله كانوني آينه مقعر را با علامت مثبت و فاصله كانوني آينه محدب و فاصله تصوير آنرا با علامت منفي قرارمي دهيم.

3-از فرمول آينه ها مي توان هر يك از كميت هاي p و  qو  f را بر حسب كميت هاي ديگر بدست آورد. در اين صورت رابطه هايي به دست مي آيند كه حل بيشتر مسائل آينه هاي كروي را آسانتر مي كنند.بطوريكه:

توجه كنيد هرگاه كانون يا تصوير مجازي باشد، علامت f يا  q را بايد در رابطه هاي فوق منفي قرار دهيم.

( براي تمرين رياضي، رابطه هاي بالا را به دست آوريد).

 چشمه نور چيست؟

 محلي كه از آنجا نور تابيده مي شود، منبع يا چشمه نور مي نامند.

 چشمه هاي نور چند نوعند؟

 دو نوع: چشمه نقطه اي - چشمه گسترده.

 چشمه نقطه اي نور چگونه است؟

 هرگاه منبع تابش نور به صورت روزنه اي كوچك باشد، آنرا چشمه نقطه اي نور مي نامند.

 چشمه گسترده نور چگونه است؟

 هرگاه منبع تابش نور بزرگ باشد چشمه گسترده نور ناميده مي شود. در واقع هر چشمه گسترده شامل تعداد زيادي چشمه نقطه اي است. مانند خورسيد يا يك لامپ روشن

باريكه نور

 پرتو نور چيست و چگونه نشان داده مي شود؟

 يك باريكه خيلي نازك نور را پرتو مي نامند. پرتو نور توسط يك خط راست با پيكاني كه جهت انتشار نور را نشان مي دهد، نمايش داده مي شود.

جهت تابش نور    

 سايه چگونه تشكيل مي شود و بر چند نوع است؟

 هرگاه جسم كدري را در مقابل چشمه نوري قرار دهيم در پشت جسم فضاي تاريكي پديد مي آيد كه آنرا سايه مي نامند. سايه به دو صورت توسط چشمه هاي نقطه اي و گسترده ايجاد مي شود. در چشمه نقطه اي فقط سايه تشكيل مي شود اما در چشمه گسترده علاوه بر سايه نيم سايه نيز ظاهر مي شود.

 مشخصات سايه در چشمه نور نقطه اي نور كدامند؟

 1- تاريكي در تمام سطح آن يكنواخت است. اين سايه را سايه كامل ميگويند.

2- مرز مشخصي بين سايه و قسمت روشن پرده وجود دارد. اين مرز تأييد مي كند كه نور به خط راست منتشر مي شود.

 مشخصات سايه در چشمه گسترده نور كدامند؟

1- قسمت مركزي سايه، تاريكي يكنواخت دارد، اما از حالت قبل كوچكتر است، اين قسمت از سايه، يعني سايه كامل، نوري از چشمه دريافت نمي كند.

2- اطراف سايه كامل داراي روشنايي كمي است كه با دور شدن از سايه كامل به تدريج روشنايي زياد مي شود. قسمت بين سايه كامل و روشنايي كامل را نيمسايه مي گويند.

خورشيد گرفتگي (كسوف) زماني رخ مي دهد كه ماه بين زمين و خورشيد قرار گيرد، در اين صورت سايه ي ماه روي زمين مي افتد و ناحيه اي از زمين كه در سايه ي ماه قرار ميگيرد تاريك مي شود. اين پديده را با رسم يك شكل ساده نشان دهيد.

خورشيد گرفتگي

ماه گرفتگي

هنگامي كه زمين بين ماه و خورشيدو هر سه در يك راستا قرار مي گيرند، نور خورشيدبه ماه نمي رسد و سايه زمين بر روي ماه مي افتد. اين پديده را ماه گرفتگي مي گويند.

تعريف بازتابش نور؟

 برگشت نوراز سطح اشياء را بازتابش نور مي گويند.

 اشياء چگونه ديده مي شوند؟

 اشيايي كه از خود نور تابش نمي كنند، هنگامي ديده مي شوند كه نور يك چشمه مانند خورشيد يا لامپ از سطح آنها باز تابيده شده و به چشم ما برسد

 قانون هاي بازتابش نور چگونه اند؟

ج:1- زاويه تابش (i ) و زاويه بازتابش( r ) با هم برابرند.

2- پرتو تابشي و پرتو بازتابشي و خط عمود در نقطه تابش هر سه در يك صفحه قرار دارند.

Eتذكر: هرگاه پرتو نوري به طور عمود بر سطح صافي بتابد، بر روي خودش بازتابيده مي شود، زيرا در اين حالت زاويه تابش برابر صفر است، پس زاويه بازتابش نيز صفر خواهد بود.

تصوير در آينه هاي تخت

آينه چيست و چند نوع است؟

ج: آينه سطح صيقلي و بازتابنده اي است كه مي تواند تقريباً تمام پرتوهاي تابشي را بازبتاباند. آينه ها بردو نوع تخت و كروي هستند و مي توانند از جنس شيشه يا فلز باشند.

Eتذكر: آينه جسمي شفاف نيست يعني نور نمي تواند از آن عبور نميد.

 آينه تخت چگونه است؟

ج: سطح صافي است كه مي تواند نور را بطور منظم بازتابش نمايد.

 در آينه تخت تصوير چگونه ديده مي شود؟

ج: مطابق شكل مقابل پرتوهاي نوري كه ازجسم به آينه مي رسند بعد از بازتابش به چشم ناظر مي رسند و ناظر تصوير جسم را در امتداد پرتو هايي كه به چشم او مي رسند مشاهده مي كند.

ويژگيهاي تصوير در آينه تخت كدامند؟

ج: تصوير در آينه هاي تخت داراي ويژگيهاي زير است:

1- مجازي است.

2- مستقيم است ولي داراي واروني جانبي مي باشد.

3- اندازه آن با اندازه جسم برابر است.

4- در پشت آينه و در فاصله اي مساوي با فاصله جسم تا آينه قرار دارد.

س: تصوير حقيقي چگونه است؟

ج: تعريف: تصويري را كه از تلاقي پرتوهاي بازتابشي و در جلو آينه تشكيل مي شود و ميتوان آن را بر روي پرده مشاهده كرد، تصوير حقيقي مي نامند.

س: تصوير مجازي چگونه است؟

ج: تعريف:  تصويري را كه از امتداد پرتوهاي بازتابشي و در پشت آينه تشكيل مي شود و نمي توان آن را بر روي پرده مشاهده كرد، تصوير مجازي مي نامند.

س: واروني جانبي چگونه است؟

ج: تعريف: تبديل سمت راست جسم به سمت چپ آن( يا برعكس) در تصوير آينه تخت را واروني جانبي مي گويند. مثلاً وقتي مقابل آينه تخت مي ايستيم، دست چپ تصوير در واقع تصوير دست راستمان است.

در شكل بالا واروني جانبي را براي نوشته هاي كتاب مي بينيد.

آينه هاي کروي

 آينه هاي كروي چگونه اند و چند نوع هستند؟

ج: آينه هاي كروي، قسمتي از سطح يك كره هستند كه معمولاً از جنس شيشه  نقره اندود يا فلزات صيقلي نقره اي رنگ ساخته مي شوند و بر دونوع مقعر( همگرا) و محدب( واگرا) هستند.

 آينه كاو( مقعر) چگونه است؟

ج: آينه خميده اي است كه سطح داخلي آن نور را باز مي تاباند.

 آينه كوژ( محدب) چگونه است؟

ج: آينه خميده اي است كه سطح خارجي آن نور را باز مي تاباند.

روی ان جسم به چشم ما برسد اجسام غیرمنیر می گویند.

اجسامی که ما میتوانیم ببینیم به دو صورت هستند:اجسام منیر و اجسام غیر منیر

اجسام منیر:به اجسامی که از خود نور تولید میکنند وبرای دیده شدن نور انها مستقیم به چشم

میرسند اجسام منیر می گویند