هدف آزمایش

بررسی طیفهای نور سفید

لوازم مورد نیاز

لامپ رویتر یا هالوژنه ، منبع تغذیه ، عدسی با فاصله‌های کانونی مختلف ، صفحه دوار ، منشور یا تیغه ذوزنقه‌ای و صفحه تصویر.

تئوری آزمایش

نور دارای رنگهای گوناگون است. نمونه‌های رنگی نور را می‌توان با گذراندن دسته‌ای از پوتوهای نور خورشید یا نور چراغ از ماده شفاف رنگی مشاهده کرد. مثلا وقتی که دسته‌ای از پرتوهای نور سفید (نور سفید به مفهومی که ما از رنگ سفید واقعی داریم نیست، بلکه همان نور روز است) ، به یک صفحه شیشه‌ای قرمز رنگ بتابد، نوری که از شیشه خارج می‌شود، به رنگ قرمز است. اگر همین دسته پرتو به شیشه سبز رنگ بتابد، نوری که از آن خارج می‌شود به رنگ سبز است، بطور کلی ، نوری که از یک ماده شفاف رنگی خارج می‌شود، همواره به رنگ آن ماده است (عبور انتخابی).



تصویر




وقتی نور سفید از منشور می‌گذرد، چه روی می‌دهد؟

هر کسی می‌تواند به آسانی این کار را انجام داده و نتیجه را مشاهده نماید. اگر منشوری را در مقابل پرتوهای خورشید قرار داده و در مقابل آن نیز پرده سفیدی را بگذاریم، وضعیتی بدون منشور بر روی پرده سفید مشاهده می‌شود. تصویر کشیده‌ای مشاهده می‌شود که بالای آن آبی کمرنگ است. از این مشاهده نتیجه می‌شود، که نور سفید خورشید ممکن است از اشعه‌ای به رنگهای گوناگون تشکیل شده باشد. از اشعه‌ای که بیشترین انکسار را دارد تا اشعه سرخ که کمترین انکسار را دارد (نور مرکب یا غیر تکفام).

اگر محدودیت جزئی در نور ورودی به منشور ، از طریق ایجاد یک سوراخ اعمال کرده و یک عدسی در مسیر پرتو نور وارد کرده که تصویر سوراخ کوچک را بر پرده متمرکز سازد، با رضایت خاطر نواری از رنگهای روشن به ترتیب: سرخ ، نارنجی ، سبز ، آبی و بنفش را مشاهده خواهیم کرد. در حقیقت یک طیف نما ساختیم که رنگهای مختلفی را که نور سفید از آنها تشکیل یافته و قابلیت انکسار متفاوت دارند، تجزیه و قابل مشاده می‌سازد.



تصویر




چشم ما رنگهای مختلف را چطور حس می‌کند؟

شبکیه چشم انسان دارای سه نوع یاخته عصبی حساس به رنگ است، یاخته‌هایی که به نورهای سرخ ، سبز و آبی حساسند. این یاخته‌ها ، یاخته‌های استوانه‌ای و مخروطی هستند. وقتی که همه رنگهای طیفی به یک نسبت وجود دارند، یعنی چنانچه در نور خورشید هستند، که در طی صدها میلیون سال تکامل موجودات زنده ، عضو باصره تحت تاثیر آن تکامل یاخته است، احساس نور معمولی یا به بیان عادی نور سفید می‌کنیم. وقتی که تنها جزئی از طیف وجود دارد، رنگهای مختلف را احساس می‌کنیم.

روش آزمایش

لامپ رویتر یا هالوژنه را روشن کرده، یک شیار باریک (یا کلیماتور که باریکه نور موازی ایجاد می‌کند) جلوی آن قرار می‌دهیم، تا یک باریکه نور ایجاد گردد. جلوی آن پرتو حاصل ، یک عدسی محدب قرار داده تا نور را روی منشوری که روی صفحه دوار قرار دارد کانونی کند. نور حاصل به یکی از یالهای منشور متوازی‌الاضلاع تابیده و از یال دیگر آن خارج و در عین حال ، تجزیه نیز می‌شود. در نزدیکی منشور ، وقتی طیفها خارج می‌شوند بسیار به یکدیگر نزدیک و گاهی چسبیده هستند.

به همین دلیل ، صفحه تصویر را در فاصله نسبتا دوری از سیستم ، تحت زاویه‌ای قرار دهید تا طیفهای حاصل به وضوح دیده شوند و از یکدیگر باز شده باشند. صفحه تصویر را حول محورش چرخانده تا کمترین حالت انحراف (زاویه مینیمم انحراف) پیش آید. در این حالت زاویه ورود به یال منشور با زاویه خروج از یال دوم منشور با یکدیگر مساوی هستند. وقتی منشور در حالت مینیمم انحراف باشد، بیشترین پاشندگی نوری را دارد و گستره طیف مرئی (گستره خطی و زاویه‌ای) را اندازه‌گیری کرده، متوجه خواهیم شد بیشترین بازه زاویه‌ای و خطی مربوط به حالتی است که منشور در کمترین انحراف بسر می‌برد.

سپس برای اینکه متوجه شوید همانطور که می‌توان نور سفید را تجزیه نمود، با یک عدسی همگرا می‌توان طیفهای نور سفید را دوباره در یکجا (صفحه تصویر) جمع کرد و تصویر باریکه نور سفید تابیده شده به منشور را ایجاد نمود. فقط کافی است یک عدسی با فاصله کانونی مناسب بین صفحه دوار مدرج حاوی منشور و صفحه تصویر قرار دهید و باریکه نور سفید را روی پرده مشاهده نمایید. از لوازم اپتیکی مانند توری پراش و دیوپتر ذوزنقه‌ای نیز می‌توان بجای منشور در آزمایش فوق استفاده کرد.

نتایج آزمایش

  1. نور سفید مخلوطی از نورهای رنگی است.

  2. پرتوهای به رنگهای مختلف ، دارای قابلیت انکسار مختلف هستند.

  3. یک ماده شفاف رنگی ، فقط نور همرنگ خود را عبور می‌دهد.

  4. یافتن و تولید رنگهای مکمل طیفها.

  5. توجیه پدیده رنگین کمان:



تصویر




این تجلی زیبای رنگها وقتی در آسمان پدید می‌آید که خورشید به سمتی می‌درخشد، که ابرهای سنگین بارانی آسمان را پوشانیده است. در واقع اشعه خورشید بوسیله قطره‌های باران منکسر می‌شوند و به دنبال این انکسار ، یک انعکاس یا بازتاب درونی و سپس یک انکسار برای خروج از قطره‌های باران صورت می‌گیرد. نتیجه اینکه ، رنگهای مختلف نور ، در هنگام خروج از هم باز و گسترده می‌شوند و چشم ناظری که بر روی زمین پشت به خورشید ایستاده است، رنگهای مختلف را از جهات مختلف آسمان مشاهده می‌کند.

به سوالات زیر پاسخ دهید.

  1. آیا شدت نور طیفهای ایجاد شده ، همه یکسان هستند؟ چرا؟
  2. آیا طیفهای ایجاد شده را می‌توان دوباره تجزیه کرد؟ چرا؟
  3. آیا طیفهای مکمل هر رنگ را می‌توان دوباره تجزیه کرد؟

  4. دلیل مشاهده رنگهای مختلف بر روی حبابهای حاصل از حل شدن مواد شوینده در آب چیست؟
  5. چرا مخلوط آب و نفت را رنگی می‌بینیم؟

  6. آیا صبح دم حاله رنگین کمانی اطراف لامپ حیاط منزل را مشاهده کرده‌اید؟ این نشان دهنده چه پدیده‌ای است؟

با پاسخ به این سوالات رمز مطالب بعدی را دریافت خواهید کرد.

+ نوشته شده توسط (محمد عیسی آبادی)Eisa Abadi Mohammad در دوشنبه 16 آبان1390 و ساعت 15:11 |