دانلود طرح جابر عبور نور از آب

تحقیق زمینه ای
شکست نور یک پدیده اپتیکی است که در آن نور رسیده از یک منبع نورانی (مانند لامپ، خورشید و ستارگان) به خاطر تغییر سرعتی که برای آن در دو محیط با ضریب شکست متفاوت رخ می‌دهد دچار تغییر مسیر می‌شود. لذا هنگامی که شخص به این نور نگاه می‌کند گویی که نور دچار شکست شده است.
سرعت نور در محیط‌های شفاف مختلف یکسان نیست، بطوریکه بیشترین سرعت آن در خلاء (یا تقریباً هوا) بوده و برابر ۳۰۰۰۰۰ کیلومتر بر ثانیه است. در محیط‌های دیگر مثل آب و شیشه و غیره سرعت نور کمتر از این مقدار است. لذا هنگامی که محیط حرکت نور از نظر غلظت تغییر می‌کند سرعت آن نیز تغییر می‌نماید و با افزایش غلظت سرعت کاهش پیدا می کندو بر عکس. به این ترتیب علت شکست نور تغییر سرعت آن هنگام وارد شدن به محیط شفاف دوم است.
شکست نور
کاربردها
با استفاده از پدیده شکست نور می‌توان نور سفید یا نورهای مخلوط از چندین طول موج را به امواج تشکیل دهنده آن تجزیه نمود.
اساس این پدیده متفاوت بودن سرعت نور در محیط‌های شفاف بر حسب طول موج نور است، به این ترتیب که هرچه طول موج بیشتر باشد سرعت نور در آن محیط نیز بیشتر خواهد بود. بنابراین نورهای مختلف با طول موج‌های مختلف مسیرهای متفاوتی را طی کرده و دچار شکست‌های متفاوتی می‌شوند. نتیجه این عمل جدا شدن امواج با طول موج‌های متفاوت از یکدیگر خواهد بود.
کاربردهای شکست نور با استفاده از پدیده‌ی شکست نور می‌توان نور سفید یا نورهای مخلوط از چندین طول موج را به امواج تشکیل دهنده آن تجزیه نمود. اساس این پدیده متفاوت بودن سرعت نور در محیط‌های شفاف بر حسب طول موج نور است، به این ترتیب که هرچه طول موج بیشتر باشد سرعت نور در آن محیط نیز بیشتر خواهد بود.
بنابراین نورهای مختلف با طول موج‌های مختلف مسیرهای متفاوتی را طی کرده و دچار شکست‌های متفاوتی می‌شوند. نتیجه این عمل جدا شدن امواج با طول موج‌های متفاوت از یکدیگر خواهد بود. این پدیده را می‌توان به ‌طور طبیعی در رنگین کمان مشاهده کرد. قطرات آب باران نور خورشید را به طول موج‌های مختلف تجزیه می‌کنند و رنگین کمان در آسمان مشاهده می‌شود.
هنگامي كه يك شيء مانند يك قاشق يا يك قلم را داخل يك ليوان محتوي آب مي‌گذاريم و از بيرون به ليوان نگاه مي‌كنيم
قاشق و قلم را شكسته مي‌بينيم‌. همچنين وقتي به آب درون يك استخر نگاه مي‌كنيم‌، عمق استخر كم‌تر از مقدار واقعي آن
به نظر مي‌رسد‌. مشاهده‌ي پديده‌هايي از اين قبيل به سبب پديده‌ي شكست نور است.
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 .
ذكر 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.
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 حدوداست اما وقتيكه وارد آب مي شود، سرعت آن به حدودكيلومتر 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.
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.
شكست چوب در آب: در شكل زير چوبي در آب نشان داده شده است. وقتي از بالا به آن نگاه مي كنيم، شكسته به نظر مي رسد. زيرا پرتوهايي كه از نقطه B به سطح آب مي رسند، پس از شكست در سطح آب به چشم مي رسند و به نظر مي رسد كه اين پرتوها از نقطه به چشم رسيده اند و انتهاي چوب به جاي B در به نظر مي رسد. به همين ترتيب مي توان نشان داد كه نقطه هاي ديگر چوب هم كه درون آب قرار دارند، بالاتر از جاي واقعي شان ديده مي شوند و به اين سبب چوب شكسته به نظر مي رسد.
شكست نور در تيغه شيشه اي:
مطابق شكل مقابل پرتو (I ) بطور مايل از وجه كناري يك تيغه شيشه اي كلفت به آن مي تابد و هنگام ورود به تيغه در نقطه X مي شكند. سپس به صورت پرتو (R) در داخل تيغه حركت مي كند و يكبار ديگر هنگام خروج از آن در نقطه Y مي شكند و به صورت پرتو (E ) از تيغه خارج مي شود. ملاحظه مي كنيدكه پرتو (E ) نسبت به پرتو( I ) جابه جا شده استاما با آن موازي مي باشد.
عمق ظاهري و واقعي
چرا در نواحي كه ماهي با نيزه شكار مي شود . هميشه شكارچيان نيزه را به موقعيتي پائين تر از محلي كه ماهي را مشاهده مي كنند ، مي زنند ؟
چرا درشكل زير مسير ني در آب شكسته به نظرمي آيد و به ظاهر كمي بالاتر به نظر مي رسد ؟
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.
طبق شکل زیر اگر ما از زیر آب به بیرون نگاه کنیم سکه را دور تر می بینیم و برعکس
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.