آموزش علوم تجربی دوم راهنمایی - نور

نور صورتي از انرژي تابشي است که با سرعت 300000 کيلومتر بر ثانيه درفضا سير مي کند.

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

4- موجب تغيير رنگ لباس و پارچه مي شود.

براي آنکه جسمي ديده شود، بايد از آن جسم نور به چشم برسد، بنابر اين جسم يا بايد از خودش نور تابش کند و يا نورهايي را که 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 که از خود نور توليد مي کنند. مانند خورشيد، لامپ روشن، شمع روشن، چوب در حال سوختن
2- اجسام غير منير: اين اجسام از خود نوري تابش نمي کنند، بلکه نوري را که 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: يک 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 که روي آن روزنه ي کوچکي ايجاد شده است، درمقابل چراغ روشني قراردهيم، نور چراغ پس از گذشتن از روزنه منتشر مي شود و روزنه مانند يک چشمه نور کوچک عمل مي کند که به آن چشمه ي نقطه اي نور مي گويند.

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

2- اجسام نيمه شفاف : اجسامي که نور از آن ها عبور مي کند ولي از پشت آن ها اجسام ديگر به طور واضح ديده نمي شوند. مانند شيشه هاي مات – کاغذ کالک
3- اجسام کدر اجسامي که نور از آن ها عبور نمي کند.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- تشکيل سايه

3- خورشيد گرفتگي
4- ماه گرفتگي

سايه چگونه تشکيل مي شود؟ اگر جسم کدري در مقابل منبع نوري قرار گيرد در پشت جسم محوطه ي تاريکي بوجود مي آيد که به آن سايه مي گويند.

راههاي تشکيل سايه :

1- تشکيل سايه به وسيله چشمه ي نقطه اي نور: در اين حالت فقط سايه کامل ايجاد مي شود و مرز مشخصي بين تاريکي و روشنايي وجود دارد.
نکته: قطر سايه به فاصله ي چشمه ي نور تا جسم کدر و پرده بستگي دارد.
نکته: هر گاه چشمه ي نور به جسم کدر نزديک شود قطر سايه بزرگتر مي شود و هرگاه چشمه ي نور را از جسم کدر دور کنيم قطر سايه کوچک تر مي شود.

هر گاه سايه به وسيله ي چشمه ي نقطه اي تشکيل شود بين قطر سايه و قطر جسم کدر رابطه ي زير وجود دارد.

مثال : جسمي به طول 10CM در فاصله ي 5CM از يک منبع نقطه اي نور قراردارد. اگر فاصله ي پرده تا منبع

نور 60CM باشد، در اين صورت طول سايه چقدر است؟

AB=10CM
OH=5CM

OH'=60CM

?=A'B'

2- تشکيل سايه به وسيله چشمه ي گسترده نور: در اين حالت علاوه بر سايه کامل، نيم سايه نيز ديده مي شود.

     - خورشيد گرفتگي (کسوف): هر گاه در چرخش ماه به دور زمين و هر دو به دور خورشيد، مرکز آن سه (ماه،زمين،خورشيد) روي يک خط راست واقع شود به طوري که ماه در وسط باشد، ماه جلوي نور خورشيد را مي گيرد و سايه آن روي زمين مي افتد در نتيجه کساني که در سايه ي ماه قرار دارند خورشيد را تاريک 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 تاريک مي کند. در اين صورت مي گوييم ماه گرفتگي رخ داده است.

   بازتاب نور :  برگشت نور از سطح يک 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 يک جهت بازتاب مي شوند. در اين نوع بازتاب همواره تصويري واضح و روشن ايجاد مي شود. مانند آينه

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

اصل انعکاس: در بازتاب نور از سطح يک جسم، همواره زاويه تابش و بازتاب برابرند.

نکته 1: پرتو تابش: پرتو نوري که به سطح مي تابد.(I)
نکته2: پرتو بازتابش: پرتو بازگشته از سطح را مي گويند.(R)
نکته3: زاويه تابش: زاويه بين پرتو تابش و خط عمود را مي گويند.(i)
نکته4: زاويه بازتابش: زاويه بين پرتو بازتاب و خط عمود را گويند.(r)
نکته5: زاويه آلفا α : زاويه بين پرتو تابش و سطح آينه را گويند.
نکته6: زاويه بتا α : زوايه بين پرتو بازتاب و سطح آينه را گويند.
نکته7: زاويه تابش متمم زاويه α است. يعني
نکته8: زاويه باز تابش متمم زاويه  β  است. يعني

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

2- دسته پرتو همگرا: پرتوهايي هستند که در آن شعاع هاي نور در جهت انتشار به هم نزديک مي شوند و در يک نقطه به هم مي رسند.

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

پرتوهاي حقيقي:

پرتوهاي تابش و بازتابش که به چشم مي رسند را پرتوهاي حقيقي مي گويند.

پرتوهاي مجازي:

امتداد پرتوهاي واگرايي که از سطح آينه بازتاب مي شوند(در پشت آينه) پرتوهاي مجازي گفته مي شود.

تصوير حقيقي:

 زماني تشکيل مي شود که پرتوهاي تابش شده از يک نقطه شي پس از برخورد به آينه يا عدسي در نقطه اي ديگر به هم برسند. تصوير حقيقي بر روي پرده تشکيل مي شود.

تصوير مجازي:

 تصويري که پرتوهاي مجازي در پشت آينه به وجود مي آورند را مي گويند.تصوير مجازي بر روي پرده تشکيل نمي شود.

آينه:

قطعات شيشه اي که 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.

کاربرد 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 (تلسکوپ بازتابي)
4- پريسکوپ: اين دستگاه از لوله اي تشکيل شده که در دو طرف آن دو آينه ي تخت موازي نصب شده که هر يک از اين آينه ها با محور آينه زوايه 45 درجه مي سازد. هر تصويري که در يکي 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 که آينه ثابت باشد و جسم با سرعت V در راستاي عمود بر سطح آينه حرکت کند، نسبت به مکان اوليه اش برابر V است.
در حالي که جسم ساکن باشد و آينه در راستاي عمود بر سطح آينه با سرعت V حرکت کند، سرعت انتقال تصوير در آينه نسبت به مکان اوليه اش برابر 2V خواهد بود.
در حالي که جسم و آينه هر يک با سرعت V به طرف هم حرکت کنند، سرعت انتقال تصوير در آينه نسبت به مکان 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 يک از دو آينه مي تابد و دو تصوير مجازي به وجود مي آورد. اگر پرتوها پس از باز تابش هاي متوالي به آينه برخورد کنند تصويرهاي ديگري نمايان مي شود. هر چه زاويه بين دوآينه α کوچکتر باشد تعداد اين تصويرها بيش تر است. تعداد تصويرها (n) از رابطه ي زير به دست مي آيد.

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

آينه هاي کروي:

الف) آينه مقعر(کاو): اگر سطح داخلي آينه بازتاب کننده باشد، به آن آينه کاو مي گويند.
نکته 1: اگر يک دسته پرتو نور موازي به آينه کاو بتابد پرتوهاي بازتابيده در يک نقطه به نام کانون حقيقي به هم مي رسند.
کانون با حرف F نمايش داده مي شود.
به فاصله کانون تا آينه، فاصله کانوني مي گويند و با حرف f نمايش مي دهند.

نکته2: آينه هاي کاو مي توانند از يک جسم هم تصوير مجازي و هم تصوير حقيقي ايجاد کنند.
تشکيل تصوير حقيقي يا مجازي، بستگي به فاصله جسم از آينه هاي کاو دارد. هر چه جسم به آينه نزديک تر باشد، تصوير در فاصله اي دورتر ايجاد مي شود و هرچه جسم را از آينه دور کنيم تصوير به آينه نزديک تر مي شود.

ب) آينه ي کوژ: اگر سطح خارجي آينه بازتاب کننده باشد، آن را آينه ي کوژ مي گويند.
نکته1: هرگاه پرتوهاي نور موازي محور اصلي به آينه محدب بتابد، طوري باز مي تابد که امتداد پرتوهاي بازتاب از يک نقطه روي محور اصلي مي گذرند. اين نقطه را کانون اصلي آينه ي محدب مي نامند. کانون آينه محدب مجازي است.

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

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

نور در يک محيط معين در مسير مستقيم حرکت مي کند.
اگر در مسير نور يک 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 يک جسم شفاف (مثلا شيشه) برخورد کند، هنگام ورود به شيشه مسير حرکتش مقداري کج مي شود. به اين پديده شکست نور مي گويند.

نور در يک محيط معين، به صورت مستقيم و با سرعت ثابت حرکت مي کند، هرگاه محيط تغيير کند، سرعت نور نيز تغيير کرده و نور منحرف مي شود و در مسير جديد به خط راست حرکت مي کند.
تغيير مسير پرتو نور به هنگام عبور از يک محيط شفاف به محيط شفاف ديگر را شکست نور مي گويند.

زاويه تابش: زاويه اي بين پرتو تابش و خط عمود (i)
زاويه شکست: زاويه اي بين پرتو شکست و خط عمود (r)

رابطه ي زاويه تابش و زاويه ي شکست:
1- اگر پرتو تابش عمود بر سطح مشترک بين دو محيط باشد،(يعني زاويه آن با خط عمود برابر صفر باشد) در اين صورت نور بدون شکست وارد محيط دوم شده و منحرف نمي شود.

2- اگر پرتو تابش از محيط رقيق وارد محيط غليظ شود در اين حالت پرتو شکست به خط عمود نزديک مي شود يعني زاويه شکست از زاويه ي تابش کوچک تر مي شود.

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

علت شکست نور:
علت شکست نور، متفاوت بودن سرعت نور در محيط هاي مختلف است. سرعت نور در خلا يا هوا در حدود است اما وقتيکه وارد آب مي شود، سرعت آن به حدود کيلومتر بر ثانيه مي رسد. سرعت نور در شيشه(که غليظ تر از آب است) کم تر و در حدود  است. اين تفاوت سرعت نور سبب مي شود که راستاي پرتوهاي نور هنگام عبور از يک محيط به محيط ديگر، شکسته شود و پديده شکست نور اتفاق بيفتد.

عمق ظاهري، عمق واقعي:
هنگامي که از هوا به جسمي در داخل آب نگاه کنيم آن جسم به سطح آب نزديکتر و وقتي از داخل آب به جسمي در هوا نگاه کنيم، دورتر به نظر مي رسد. وقتي نور به طور مايل از يک محيط شفاف وارد محيط شفاف ديگر مي شود، در مرز مشترک دو محيط، تغيير مي دهد(شکسته مي شود) همين عامل سبب بالاتر ديده شدن جسم نسبت به سطح واقعي گردد.

منشور:
قطعه اي مثلثي شکل است که از يک ماده شفاف مثل شيشه يا پلاستيک هاي بي رنگ ساخته مي شود. وقتي پرتوهاي نور به يکي از ديواره هاي منشور برخورد مي کند و به آن وارد مي شود، در اثر پديده ي شکست مسيرش تغيير مي کند. اين پرتو هنگام خروج از ديواره ي ديگر منشور نيز، دچار تغيير مي شود.

آزمايش نيوتن:
هرگاه شعاع نور سفيدي بر يک وجه منشور شيشه اي که قاعده ي آن به شکل 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 تشکيل مي دهد. علت اين پديده آن است که ميزان شکست نورهاي رنگي مختلف، با هم يکسان نيست.  هرگاه نور سفيد وارد منشور شود،  تغيير مسير رنگ هاي  تشکيل  دهنده ي نور سفيد از قرمز تا بنفش بيش تر شده و به هنگام خروج از منشور رنگ هاي مختلف نور سفيد از يکديگر جدا مي شوند.
جداسازي رنگ هاي نور سفيد به وسيله ي منشور را پاشيدگي نور (پاشيده شدن) مي گويند.

به مجموعه نورهاي رنگي که از پاشيده شدن نور در منشور به وجود مي آيد طيف نور گفته مي شود.
عدسي ها:

اگر دو منشور را مطابق شکل 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 کوژ) ضخامت وسط اين عدسي بيش تر از ضخامت کناره هاي آن است.
اين نوع عدسي پرتوهاي نور موازي را شکسته و در يک نقطه متمرکز مي کند يا به عبارت ديگر پرتوهاي نور را به يکديگر نزديک مي کند.
2- عدسي واگرا (مقعر يا کاو) ضخامت وسط اين عدسي کم تر از ضخامت کناره هاي آن است.
اين نوع عدسي پرتوهاي نور موازي را شکسته و آنها را واگرا مي نمايد به عبارت ديگر پرتوهاي نور را از يکديگر دور مي کند.

عدسي همگرا:

اين نقطه کانون عدسي(ذره بين)است. اگر فاصله ي بين عدسي تا صفحه ي کاغذ را اندازه بگيريد، اين فاصله را فاصله کانوني عدسي گويند.
هرگاه يک دسته پرتو نور موازي با محور اصلي به عدسي همگرا بتابد پس از عبور از عدسي شکسته شده و پرتوها در يک نقطه يکديگر را قطع مي کنند. اين نقطه کانون اصلي عدسي بوده و با F نمايش داده مي شود.

فاصله ي بين کانون و مرکز نوري عدسي را فاصله ي کانوني عدسي مي گويند و با علامت (f) نمايش مي دهند.
نکته: عدسي هاي همگرا هم تصوير حقيقي و هم تصوير مجازي ايجاد مي کنند.
ويژگي هاي تصوير در عدسي همگرا بستگي به فاصله شي از عدسي و فاصله ي کانوني دارد.

عدسي واگرا:

 هر گاه پرتوهايي موازي محور اصلي به عدسي واگرا بتابد پس از شکست و عبور از عدسي طوري از هم دور مي شوند که امتداد آن ها از يک نقطه روي محور اصلي بگذرند. اين نقطه را کانون عدسي واگرا مي نامند.
نکته: عدسي ها واگرا همواره تصويري مجازي، مستقيم، کوچک تر از جسم و نزديک تر(در همان طرف شي) ايجاد مي کند.