شکست نور (Refraction of Light)

شکست نور (Refraction of Light)

مقدمه

شکست نور (Refraction) به تغییر جهت نور (Light) هنگام عبور از یک محیط به محیط دیگر با چگالی متفاوت اطلاق می‌شود. این پدیده یکی از اصول بنیادی علم اپتیک (Optics) است و به دلیل تغییر سرعت نور در محیط‌های مختلف اتفاق می‌افتد. در این مطلب، به بررسی مفهوم شکست نور، قوانین حاکم بر آن، و کاربردهای آن خواهیم پرداخت.

مفهوم شکست نور

وقتی نور از یک محیط (Medium) به محیط دیگری با چگالی متفاوت وارد می‌شود، سرعت آن تغییر می‌کند. این تغییر سرعت باعث می‌شود که نور در جهت جدیدی حرکت کند. برای مثال، هنگامی که نور از هوا (Air) به آب (Water) وارد می‌شود، سرعت نور کاهش یافته و نور به سمت خط عمود (Normal Line) خم می‌شود.

قوانین شکست نور

1. قانون اول شکست نور:

   • اگر نور از یک محیط کمتر چگال (مثل هوا) به یک محیط با چگالی بیشتر (مثل آب) وارد شود، نور به سمت خط عمود خم می‌شود.
   • اگر نور از یک محیط با چگالی بیشتر به یک محیط با چگالی کمتر عبور کند، نور از خط عمود دور می‌شود.

   قانون اسنل (Snell’s Law):

   • این قانون رابطه بین زاویه تابش (Angle of Incidence) و زاویه شکست (Angle of Refraction) را توصیف می‌کند. فرمول این قانون به صورت زیر است: n1sin⁡(θ1)=n2sin⁡(θ2) n_1 \sin(\theta_1) = n_2 \sin(\theta_2)
   •  
   • در این فرمول، n1 n_1 و n2 n_2 به ترتیب ضریب شکست (Refractive Index) محیط اول و دوم هستند و θ1 \theta_1 و θ2 \theta_2 زاویه‌های تابش و شکست هستند.

ضریب شکست

ضریب شکست یک ماده (Refractive Index of a Material) نسبت سرعت نور در خلا (Speed of Light in Vacuum) به سرعت نور در آن ماده تعریف می‌شود. فرمول آن به صورت زیر است: n=cv n = \frac{c}{v}

• که در آن:
  • n n = ضریب شکست
  • c c = سرعت نور در خلا (approximately 3×108 3 \times 10^8 m/s)
  • v v = سرعت نور در ماده

مثال‌ها و کاربردها

1. نیمکره‌های نوری (Lenses):

   • شکست نور در لنزها (Lenses) باعث تمرکز یا پراکندگی نور می‌شود. لنزهای محدب (Convex Lenses) نور را به سمت هم متمرکز می‌کنند و لنزهای مقعر (Concave Lenses) نور را پراکنده می‌کنند.

2. پدیده‌های طبیعی:

   • شکست نور دلیل ایجاد پدیده‌هایی مانند رنگین‌کمان (Rainbow) و سراب (Mirage) است. در رنگین‌کمان، نور خورشید هنگام عبور از قطرات آب در هوا شکسته و تجزیه می‌شود و رنگ‌های مختلف را تولید می‌کند.

3. پزشکی:

   • در علم پزشکی، شکست نور در تجهیزات تصویربرداری مانند میکروسکوپ‌ها (Microscopes) و دوربین‌های پزشکی (Medical Cameras) استفاده می‌شود.

نتیجه‌گیری

شکست نور یک پدیده مهم در علم اپتیک است که به ما کمک می‌کند تا بسیاری از پدیده‌های طبیعی و تکنولوژیکی را درک کنیم. با استفاده از قوانین شکست نور و ضریب شکست، می‌توانیم رفتار نور را در محیط‌های مختلف پیش‌بینی کنیم و از آن در کاربردهای علمی و صنعتی بهره‌برداری کنیم.