فیزیک

صفحه اصلی | عناوین مطالب | تماس با من | قالب وبلاگ | پروفایل

آخرين مطالب

آینه ها

شکست نور

لینک دوستان

لینک های مفید

آینه ها

نور صورتی از انرژی تابشی است که با سرعت 300000 کیلومتر بر ثانیه درفضا سیر می کند.

فرایند نور:
1- موجب دیدن اجسام می شود.
2- موجب عمل غذاسازی گیاهان می شود.
3- باعث کارکردن کلیه وسایل نوری می شود.

4- موجب تغییر رنگ لباس و پارچه می شود.

برای آنکه جسمی دیده شود، باید از آن جسم نور به چشم برسد، بنابر این جسم یا باید از خودش نور تابش کند و یا نورهایی را که برآن تابیده شده است، به طرف چشم بیننده بازتاب دهد.
به همین دلیل اجسام به دو دسته تقسیم می شوند.
1- اجسام منیر یا چشمه ی نور: اجسامی که از خود نور تولید می کنند. مانند خورشید، لامپ روشن، شمع روشن، چوب در حال سوختن
2- اجسام غیر منیر: این اجسام از خود نوری تابش نمی کنند، بلکه نوری را که از چشمه های نور به آن ها تابیده است به طرف چشم، باز می گردانند، در نتیجه ما می توانیم آن ها را ببینیم.

انواع چشمه ی نور:
1- چشمه ی گسترده نور: یک شی نورانی نظیر خورشید، چراغ روشن، شعله ی شمع را چشمه ی نور گسترده می نامیم.

2- چشمه نور نقطه ای: اگر صفحه ای از مقوا را که روی آن روزنه ی کوچکی ایجاد شده است، درمقابل چراغ روشنی قراردهیم، نور چراغ پس از گذشتن از روزنه منتشر می شود و روزنه مانند یک چشمه نور کوچک عمل می کند که به آن چشمه ی نقطه ای نور می گویند.

تقسیم بندی اجسام غیر منیر از نظر عبور نور از آنها:
1- اجسام شفاف : اجسامی که نور از آن ها عبور می کند مانند شیشه – هوا – آب

2- اجسام نیمه شفاف : اجسامی که نور از آن ها عبور می کند ولی از پشت آن ها اجسام دیگر به طور واضح دیده نمی شوند. مانند شیشه های مات – کاغذ کالک
3- اجسام کدر اجسامی که نور از آن ها عبور نمی کند.مانند آجر-مقوا-چوب و ....

نور به خط راست منتشر می شود.
چند دلیل مهم برای اثبات این موضوع:
1- عبور نور از لابه لای شاخ و برگ درختان
2- تشکیل سایه
3- خورشید گرفتگی
4- ماه گرفتگی

سایه چگونه تشکیل می شود؟ اگر جسم کدری در مقابل منبع نوری قرار گیرد در پشت جسم محوطه ی تاریکی بوجود می آید که به آن سایه می گویند.

راههای تشکیل سایه :
1- تشکیل سایه به وسیله چشمه ی نقطه ای نور: در این حالت فقط سایه کامل ایجاد می شود و مرز مشخصی بین تاریکی و روشنایی وجود دارد.
نکته: قطر سایه به فاصله ی چشمه ی نور تا جسم کدر و پرده بستگی دارد.
نکته: هر گاه چشمه ی نور به جسم کدر نزدیک شود قطر سایه بزرگتر می شود و هرگاه چشمه ی نور را از جسم کدر دور کنیم قطر سایه کوچک تر می شود.

2- تشکیل سایه به وسیله چشمه ی گسترده نور: در این حالت علاوه بر سایه کامل، نیم سایه نیز دیده می شود.
- خورشید گرفتگی (کسوف): هر گاه در چرخش ماه به دور زمین و هر دو به دور خورشید، مرکز آن سه (ماه،زمین،خورشید) روی یک خط راست واقع شود به طوری که ماه در وسط باشد، ماه جلوی نور خورشید را می گیرد و سایه آن روی زمین می افتد در نتیجه کسانی که در سایه ی ماه قرار دارند خورشید را تاریک می بینند. در این صورت می گوییم، خورشید گرفتگی رخ داده است.
- ماه گرفتگی: اگر زمین بین ماه و خورشید قرار گیرد، زمین جلوی نور خورشید را می گیرد و سایه آن روی ماه می افتد و آن را تاریک می کند. در این صورت می گوییم ماه گرفتگی رخ داده است.

بازتاب نور : برگشت نور از سطح یک جسم را بازتاب می گویند.
انواع بازتاب نور:
1- بازتاب منظم: این بازتابش در سطوح بسیار صاف صورت می گیرد. در این صورت پرتوهای نور به طور موازی به سطح تابیده و به طور موازی در یک جهت بازتاب می شوند. در این نوع بازتاب همواره تصویری واضح و روشن ایجاد می شود. مانند آینه

2- بازتاب نامنظم: هرگاه یک دسته پرتو موازی نور به سطح ناهمواری برخورد کند به صورت پرتوهای غیر موازی و در جهات متفاوت بازتاب می شوند. دراین نوع بازتابش تصویر اشیاء مبهم و نامشخص است.

اصل انعکاس: در بازتاب نور از سطح یک جسم، همواره زاویه تابش و بازتاب برابرند.

نکته 1: پرتو تابش: پرتو نوری که به سطح می تابد.(I)
نکته2: پرتو بازتابش: پرتو بازگشته از سطح را می گویند.(R)
نکته3: زاویه تابش: زاویه بین پرتو تابش و خط عمود را می گویند.(i)
نکته4: زاویه بازتابش: زاویه بین پرتو بازتاب و خط عمود را گویند.(r)
نکته5: زاویه آلفا α : زاویه بین پرتو تابش و سطح آینه را گویند.
نکته6: زاویه بتا α : زوایه بین پرتو بازتاب و سطح آینه را گویند.
نکته7: زاویه تابش متمم زاویه α است.
نکته8: زاویه باز تابش متمم زاویه β است.

انواع دسته اشعه (پرتو) نورانی:
1- دسته پرتو موازی: این پرتوها همانطور که از اسمشان پیدا است با هم موازی هستند.

2- دسته پرتو همگرا: پرتوهایی هستند که در آن شعاع های نور در جهت انتشار به هم نزدیک می شوند و در یک نقطه به هم می رسند.

3- دسته پرتو واگرا: پرتوهایی که در آن شعاع های نور در جهت انتشار از هم دور می شوند.

پرتوهای حقیقی:
پرتوهای تابش و بازتابش که به چشم می رسند را پرتوهای حقیقی می گویند.
پرتوهای مجازی:
امتداد پرتوهای واگرایی که از سطح آینه بازتاب می شوند(در پشت آینه) پرتوهای مجازی گفته می شود.
تصویر حقیقی:
زمانی تشکیل می شود که پرتوهای تابش شده از یک نقطه شی پس از برخورد به آینه یا عدسی در نقطه ای دیگر به هم برسند. تصویر حقیقی بر روی پرده تشکیل می شود.

تصویر مجازی:
تصویری که پرتوهای مجازی در پشت آینه به وجود می آورند را می گویند.تصویر مجازی بر روی پرده تشکیل نمی شود.

آینه:
قطعات شیشه ای که پشت آنها نقره اندود یا جیوه اندود شده است و می توانند نور را بازتاب دهند بازتاب از سطح آینه منظم است.

ویژگی های تصویر در آینه تخت
1- تصویر مجازی
2- تصویر مستقیم
3- تصویر برگردان(وارون جانبی)
4- طول تصویر با طول جسم برابر است.
5- فاصله تصویر تا آینه با فاصله ی جسم تا آینه برابر است.

کاربرد آینه ی تخت:
1- استفاده از تصویر مستقیم آن در خانه و وسایل نقلیه
2- استفاده از آینه برای ارسال علایم مخابراتی به فاصله دور
3- استفاده از آینه ی تخت برای اندازه گیری سرعت نور و وسایل نور بازتابی (تلسکوپ بازتابی)
4- پریسکوپ: این دستگاه از لوله ای تشکیل شده که در دو طرف آن دو آینه ی تخت موازی نصب شده که هر یک از این آینه ها با محور آینه زوایه 45 درجه می سازد. هر تصویری که در یکی از این آینه ها دیده می شود در دیگری نیز مشاهده می شود.

انتقال آینه ی تخت:
هرگاه جسمی در برابر آینه ی تختی قرار گیرد، تصویر مجازی آن در آینه دیده می شود. چنانچه آینه به اندازه d جابه جا شود. تصویر به اندازه 2d نسبت به جسم جابه جا می شود.

اگر آینه ثابت باشد و جسم به اندازه d نسبت به آینه جا به جا شود تصویر نسبت به جسم به اندازه d جا به جا می شود.
سرعت انتقال تصویر:
سرعت انتقال تصویر در آینه ی تخت در حالتی که آینه ثابت باشد و جسم با سرعت V در راستای عمود بر سطح آینه حرکت کند، نسبت به مکان اولیه اش برابر V است.
در حالی که جسم ساکن باشد و آینه در راستای عمود بر سطح آینه با سرعت V حرکت کند، سرعت انتقال تصویر در آینه نسبت به مکان اولیه اش برابر 2V خواهد بود.
در حالی که جسم و آینه هر یک با سرعت V به طرف هم حرکت کنند، سرعت انتقال تصویر در آینه نسبت به مکان اولیه اش برابر 3Vخواهد بود.
تصویر در آینه های متقاطع:
هر گاه جسم روشنی در فضای بین دو آینه ی متقاطع قرار گیرد پرتوهایی از جسم به هر یک از دو آینه می تابد و دو تصویر مجازی به وجود می آورد. اگر پرتوها پس از باز تابش های متوالی به آینه برخورد کنند تصویرهای دیگری نمایان می شود. هر چه زاویه بین دوآینه α کوچکتر باشد تعداد این تصویرها بیش تر است.

نکته: در حالتی که دو آینه موازی باشند 0=α تعداد تصاویر بی نهایت زیاد است.

آینه های کروی:
الف) آینه مقعر(کاو): اگر سطح داخلی آینه بازتاب کننده باشد، به آن آینه کاو می گویند.
نکته 1: اگر یک دسته پرتو نور موازی به آینه کاو بتابد پرتوهای بازتابیده در یک نقطه به نام کانون حقیقی به هم می رسند.
کانون با حرف F نمایش داده می شود.
به فاصله کانون تا آینه، فاصله کانونی می گویند و با حرف f نمایش می دهند.

نکته2: آینه های کاو می توانند از یک جسم هم تصویر مجازی و هم تصویر حقیقی ایجاد کنند.
تشکیل تصویر حقیقی یا مجازی، بستگی به فاصله جسم از آینه های کاو دارد. هر چه جسم به آینه نزدیک تر باشد، تصویر در فاصله ای دورتر ایجاد می شود و هرچه جسم را از آینه دور کنیم تصویر به آینه نزدیک تر می شود.

ب) آینه ی کوژ: اگر سطح خارجی آینه بازتاب کننده باشد، آن را آینه ی کوژ می گویند.
نکته1: هرگاه پرتوهای نور موازی محور اصلی به آینه محدب بتابد، طوری باز می تابد که امتداد پرتوهای بازتاب از یک نقطه روی محور اصلی می گذرند. این نقطه را کانون اصلی آینه ی محدب می نامند. کانون آینه محدب مجازی است.

نکته 2: تصویر در آینه ی محدب همواره مجازی، کوچک تر از جسم و مستقیم خواهد بود.

شکست نور:
وقتی نور به جسمی می تابد، مقداری از آن نور بازتاب می شود، مقداری نیز از جسم عبور می کند،
اما جسم های شفاف مانند هوا، آب، شیشه، طلق های پلاستیکی شفاف نور را به خوبی از خود عبور می دهند.

نور در یک محیط معین در مسیر مستقیم حرکت می کند.
اگر در مسیر نور یک قطعه جسم شفاف عمود در مسیر نور قرار گیرد، مسیر نور در هنگام عبور از جسم هم چنان مستقیم خواهد بود.

اما اگر نور در مسیر خود، با زوایه ای دیگر به یک جسم شفاف (مثلا شیشه) برخورد کند، هنگام ورود به شیشه مسیر حرکتش مقداری کج می شود. به این پدیده شکست نور می گویند.

نور در یک محیط معین، به صورت مستقیم و با سرعت ثابت حرکت می کند، هرگاه محیط تغییر کند، سرعت نور نیز تغییر کرده و نور منحرف می شود و در مسیر جدید به خط راست حرکت می کند.
تغییر مسیر پرتو نور به هنگام عبور از یک محیط شفاف به محیط شفاف دیگر را شکست نور می گویند.
زاویه تابش: زاویه ای بین پرتو تابش و خط عمود (i)
زاویه شکست: زاویه ای بین پرتو شکست و خط عمود (r)
رابطه ی زاویه تابش و زاویه ی شکست:
1- اگر پرتو تابش عمود بر سطح مشترک بین دو محیط باشد،(یعنی زاویه آن با خط عمود برابر صفر باشد) در این صورت نور بدون شکست وارد محیط دوم شده و منحرف نمی شود.

2- اگر پرتو تابش از محیط رقیق وارد محیط غلیظ شود در این حالت پرتو شکست به خط عمود نزدیک می شود یعنی زاویه شکست از زاویه ی تابش کوچک تر می شود.

3- اگر پرتو تابش از محیط غلیظ وارد محیط رقیق شود، در این حالت پرتو شکست از خط عمود دورتر می شود و زاویه ی شکست از زاویه ی تابش بزرگ تر می شود.

علت شکست نور:
علت شکست نور، متفاوت بودن سرعت نور در محیط های مختلف است. سرعت نور در خلا یا هوا در حدود است اما وقتیکه وارد آب می شود، سرعت آن به حدود کیلومتر بر ثانیه می رسد. سرعت نور در شیشه(که غلیظ تر از آب است) کم تر و در حدود است. این تفاوت سرعت نور سبب می شود که راستای پرتوهای نور هنگام عبور از یک محیط به محیط دیگر، شکسته شود و پدیده شکست نور اتفاق بیفتد.

عمق ظاهری، عمق واقعی:
هنگامی که از هوا به جسمی در داخل آب نگاه کنیم آن جسم به سطح آب نزدیکتر و وقتی از داخل آب به جسمی در هوا نگاه کنیم، دورتر به نظر می رسد. وقتی نور به طور مایل از یک محیط شفاف وارد محیط شفاف دیگر می شود، در مرز مشترک دو محیط، تغییر می دهد(شکسته می شود) همین عامل سبب بالاتر دیده شدن جسم نسبت به سطح واقعی گردد.

منشور:
قطعه ای مثلثی شکل است که از یک ماده شفاف مثل شیشه یا پلاستیک های بی رنگ ساخته می شود. وقتی پرتوهای نور به یکی از دیواره های منشور برخورد می کند و به آن وارد می شود، در اثر پدیده ی شکست مسیرش تغییر می کند. این پرتو هنگام خروج از دیواره ی دیگر منشور نیز، دچار تغییر می شود.

آزمایش نیوتن:
هرگاه شعاع نور سفیدی بر یک وجه منشور شیشه ای که قاعده ی آن به شکل مثلث است بتابانیم، نور سفید تجزیه شده و پرتوهای خروجی از منشور بر روی پرده طیف رنگینی از هفت رنگ قرمز، نارنجی، زرد، سبز، آبی، نیلی و بنفش را تشکیل می دهد. علت این پدیده آن است که میزان شکست نورهای رنگی مختلف، با هم یکسان نیست. هرگاه نور سفید وارد منشور شود، تغییر مسیر رنگ های تشکیل دهنده ی نور سفید از قرمز تا بنفش بیش تر شده و به هنگام خروج از منشور رنگ های مختلف نور سفید از یکدیگر جدا می شوند.
جداسازی رنگ های نور سفید به وسیله ی منشور را پاشیدگی نور (پاشیده شدن) می گویند.

به مجموعه نورهای رنگی که از پاشیده شدن نور در منشور به وجود می آید طیف نور گفته می شود.
عدسی ها:
اگر دو منشور را مطابق شکل های مقابل به هم بچسبانیم و سطح آن ها را به صورت خمیده تراش دهیم، عدسی به وجود می آید.

عدسی ها مانند منشور می تواند جهت پرتوهای نور را تغییر دهد، همین امر سبب می شود اجسام از پشت عدسی به صورتهای مختلف دیده شوند.

انواع عدسی:
1- عدسی همگرا(محدب یا کوژ) ضخامت وسط این عدسی بیش تر از ضخامت کناره های آن است.
این نوع عدسی پرتوهای نور موازی را شکسته و در یک نقطه متمرکز می کند یا به عبارت دیگر پرتوهای نور را به یکدیگر نزدیک می کند.
2- عدسی واگرا (مقعر یا کاو) ضخامت وسط این عدسی کم تر از ضخامت کناره های آن است.
این نوع عدسی پرتوهای نور موازی را شکسته و آنها را واگرا می نماید به عبارت دیگر پرتوهای نور را از یکدیگر دور می کند.

عدسی همگرا:

این نقطه کانون عدسی(ذره بین)است. اگر فاصله ی بین عدسی تا صفحه ی کاغذ را اندازه بگیرید، این فاصله را فاصله کانونی عدسی گویند.
هرگاه یک دسته پرتو نور موازی با محور اصلی به عدسی همگرا بتابد پس از عبور از عدسی شکسته شده و پرتوها در یک نقطه یکدیگر را قطع می کنند. این نقطه کانون اصلی عدسی بوده و با F نمایش داده می شود.

فاصله ی بین کانون و مرکز نوری عدسی را فاصله ی کانونی عدسی می گویند و با علامت (f) نمایش می دهند.
نکته: عدسی های همگرا هم تصویر حقیقی و هم تصویر مجازی ایجاد می کنند.
ویژگی های تصویر در عدسی همگرا بستگی به فاصله شی از عدسی و فاصله ی کانونی دارد.
عدسی واگرا:
هر گاه پرتوهایی موازی محور اصلی به عدسی واگرا بتابد پس از شکست و عبور از عدسی طوری از هم دور می شوند که امتداد آن ها از یک نقطه روی محور اصلی بگذرند. این نقطه را کانون عدسی واگرا می نامند.
نکته: عدسی ها واگرا همواره تصویری مجازی، مستقیم، کوچک تر از جسم و نزدیک تر(در همان طرف شی) ایجاد می کند.

[ یکشنبه بیستم فروردین 1391 ] [ 17:34 ] [ معید جعفری ممتاز ]

شکست نور

فصل 5 ، شكست نور :

5-1 – شكست نور :

اگر از كنار استخر پر از آب به كف استخر نگاه كنيد و در همان حال به تدريج از كنار استخر دور شويد، احساس مي كنيد كه كف استخر دارد بالا مي آيد و عمق آب كم مي شود. مشاهده ي پديده هايي از اين قبيل به سبب پديده هاي شكست نور.
نور در يك محيط همگن بصورت مستقيم و با سرعت ثابت حركت مي كند، هر گاه محيط تغيير يابد، سرعت نور نيز تغيير كرده و نور منحرف مي گردد و در مسير جديد بر خط راست حركت مي كند. تغيير مسير پرتو نور به هنگام عبور از يك محيط به محيط ديگر را شكست نور گويند.

در آزمايش كنيد 1 – ص 121 ، پرتوهاي نور از آب به هوا وارد مي شوند. پرتو AC را پرتو تابش و پرتو CB را پرتو شكست مي ناميم. زاويه ي بين پرتو تابش و خط' NN (خط عمود بر سطح جدايي در محيط در نقطه ي تابش نور) را زاويه ي تابش (i) و زاويه ي بين پرتو شكست و' NNرا زاويه شكست (r) مي ناميم.
در شكل (5-4) تابش نور از محيط (1) به محيط (2) (محيط غليظ) نشان داده شده است.

همانگونه كه مي بينيد هنگام تابش نور از هوا به آب ، پرتو شكست به خط عمود نزديك مي شود، زاويه ي بين امتداد پرتو تابش و پرتو شكست را زاويه ي انحراف مي ناميم و آن را با D نشان مي دهيم، در شكل (5-3) ديده مي شود كه D=r-I در شكل (5-4) و D=ir-r است.

قانون هاي شكست نور :

i = r = 0
D = 0

نسبت سينوس زاويه ي تابش به سينوس زاويه ي شكست، براي پرتوهايي كه از يك محيط شفاف (محيط A) وارد محيط شفاف ديگري (محيط B) مي شوند مقداري ثابت است. اين مقدار ضريب شكست محيط B نسبت به محيط A مي گويند و آن را با n نشان مي دهند ضريب شكست n بستگي به جنس دو محيطي دارد كه نور از يكي وارد ديگري مي شود.
ضريب شكست يك محيط نسبت به خلاء( يا بطور تقريبي هوا ) را ضريب شكست مطلق آن محيط گويند . يعني :

ضريب شكست مطلق يك محيط شفاف

n =	sin i (در هوا)	(1-5)->	n_{2 /}n₁
	sin r (در محیط شفاف)

2 – پرتو تابش خط عمود بر سطح جدا كننده ي در محيط، در نقطه ي تابش و پرتو شكست در يك صفحه واقعند.
در رابطه اگر محيط اول هوا باشد، با توجه به اينكه ضريب شكست هوا برابر يك است، رابطه ي فوق به اين صورت نوشته مي شود:

N = 1 N = N SIN i / SIN r = n / 1 => SIN i = SIN r = n

5-2 – عمق ظاهري و واقعي :
شكل (5-9) مكان واقعي و ظاهري يك ماهي را در آكواريوم نشان مي دهد. همان طور كه مي بيند، گربه ماهي را بالاتر از مكان واقعي خود مي بيند و ماهي نيز گربه را دورتر از مكان واقعي خود مشاهده مي كند.

شما نيز احتمالاً تجربه كرده ايد هنگامي كه از هوا به جسمي در داخل آب نگاه مي كنيم آن جسم به سطح آب نزديك تر و وقتي كه از داخل آب به جسمي در هوا نگاه مي كنيم ، دورتر به نظر مي رسد.

شكست نور باعث مي شود تا جسم غوطه ور دو ماهي با قريب شكست بالا، نزديك تر از محل واقعي خود ، نسبت به سطح ديده مي شود. اين كوتاه بيني (عمق ظاهري) به دليل شكست نور تابيده شده از جسم در عمق XO به هنگام خارج شدن از مايع مي باشد، در اين شكست پرتو نور از خط عمود دور مي شود و به چشم ما مي رسد و به نظر مي رسد كه نور تابيده شده از محل تصوير مجازي كه بالاي جسم مي باشد آمده است و ما جسم را نزديك تر از محل واقعي خود نسبت به سطح آب مشاهده مي كنيم.
با استفاده از قانون شكست نور و زاويه هاي تابش و شكست I,r مي توانيم بنويسيم :

sin i / sin r = 1/n (2-5)

با توجه به شكل (5-10)

زاويه AOB برابر با زاويه تابش I و زاويه AOB برابر با زاويه ي شكست r است. در مثلث هاي قائم الزاويه ي AOB,AO'B با توجه به تعريف سينوس يك زاويه مي توانيم بنويسيم.

در نتيجه داريم :

اگر زاويه تابش و شكست r به اندازه كافي كوچك باشندف يعني بتوان تقريباً به سکه به طور عمودي نگاه كرد است . بنابراين خواهيم داشت:

OB≈OA , O'B ≈ O'A
: یعنی

عمق واقعی	= عمق ظاهری
ضریب شکست محیط شفاف

مثال :
عمق واقعي يك استخر 5/1 m است. اگر ضريب شكست آب برابر3/1باشد، عمق واقعي استخر را محاسبه كنيد.
حل :

O'A = OA / N

1/5 = OA / 1.3

OA ≈ 2m

HTML clipboard v\:* { behavior: url(#default#VML) } o\:* { behavior: url(#default#VML) } .shape { behavior: url(#default#VML) } table.MsoNormalTable {mso-style-parent:""; font-size:10.0pt; font-family:"Times New Roman"; }

5-3- رابطه ي شكست نور با تغيير سرعت نور در دو محيط:
سرعت انتشار نور در خلاء بيشتر از سرعت انتشار نور در هر محيط شفاف ديگر است. سرعت انتشار نور در خلاء تقريباً 000/300 كيلومتر بر ثانيه است. يعني نور در خلاء فاصله هاي 300000 را در مدت يك ثانيه مي پيمايد. سرعت نور در هوا تقريباً همين مقدار است. در محيط هاي شفاف مثل آب، شيشه و سرعت نور كمتر از سرعت نور در هوا است.

علت شكست نور هنگامي كه به طور مايل از يك محيط شفاف به محيط شفاف ديگر گذر مي كند، همين تفاوت سرعت نور در دو محيط است.
نسبت سرعت نور در هوا به سرعت نور در يك محيط شفاف همان ضريب شكست است.

سرعت نور در هوا	= ضریب شکست ماده شفاف
سرعت نور در ماده شفاف

اگر سرعت نور در هوا c و سرعت نور در ماده ي شفاف V باشد داريم .

n = c/v (3-5)

هر قدر ضريب شكست ماده ي شفاف بيشتر باشد، سرعت نور در آن محيط كمتر است، در نتيجه نور بيشتر شكسته مي شود و زاويه ي انحراف بيشتر مي شود.

مثال : با استفاده از جدول (5-2) ضريب شكست آنرا حساب كنيد:

C=300,000 km/s , v=225000 km/s , n=?
n = c/v = 300 , 000 / 225000 = 300 /225
n = 4/3 ضريب شكست آب

بازتاب و زاويه حد و سراب و ...
ضريب شكست نسبي :
نسبت ضريب شكست يك محيط به ضريب شكست محيط ديگر را ضريب شكست نسبي آنها مي گويند.
ضريب شكست محيط دوم به محيط اول n2,1= n2 / n1

ضريب شكست يك كميت مقايسه اي است . با توجه به اينكه ضريب شكست هوا برابر يك است. در مقايسه ضريب شكست هواي اجسام را نسبت به هوا مي سنجيم.

5-4- زاويه حد :

هر گاه پرتو نوري از محيط غليظ به محيط رقيق طوري بتابد كه زاويه شكست 90 باشد، و پرتو خروجي مماس بر سطح باشد، زاويه تابش را زاويه ي حد گويند. هر محيط شفافي داراي زاويه ي حد معيني است.
با استفاده از قانون شكست نور مي توان زاويه ي حد را در هر محيط ضريب شكست آن بزرگتر از ضريب شكست محيطي است كه با آن مرز مشترك دارد تعيين نمود،در صورتي كه محيط دوم هوا باشد، با استفاده از رابطه ي (5-2) مي توان نوشت :

sin i / sin r = 1/n = r = 90°
sin i / sin 90° = 1/n sin i = 1/n (الف - 5-4)

اگر زاويه حد ‌را با ic نشان دهيم (رابطه 5-3 الف) به صورت زير نوشته مي شود:
sin ic
5-5 – بازتاب كلي :
هر گاه زاويه ي تابش در محيطي با ضريب شكست بيشتر، از زاويه ي حد در آن محيط بيشتر شود ( i>ic ) پرتو تابش از آن محيط خارج نمي شود و سطح جدايي در محيط نظير يك آينه ي تخت، پرتو نور را به درون محيط اول باز مي تاباند، اين پديده را بازتاب كلي مي نامند.

پديده ي سراب:
پديده ي سراب معمولاً در بيابان ها و جاده ها در روزهاي گرم مشاهده مي شود.

در اين روز گرم لايه اي از هوا كه در تماس با زمين قرار دارد، بسيار داغ و منبسط مي شود، بنابراين تراكم هوا كمتر از لايه ي سردتر كه در بالا قرار دارد، مي گردد.

تار نوري چيست؟
تار نوري ميله ي شيشه اي بلندي است كه ضخامت آن، بسته به نوع تار، از حدود كسري از ميلي متر تا 50 ميلي متر متغير است و نور به راحتي از درون آن جلو مي رود ، حتي اگر ميله خميده باشد.

نور چگونه در تار نوري پيش مي رود؟
پرتو نور وقتي از ميله عبور مي كند زاويه هاي تابش در درون آن بزرگتر از زاويه ي حد است و نور بازتاب كلي مي يابد و از ميله خارج نمي شود و درون ميله پيش مي رود. ميله ي شيشه اي اندرون، مانند يك سطح بازتابنده كامل عمل مي كند.

كاربرد تارهاي نوري چيست؟
كاربرد زيادي دارد. مانند آندوسكوپي براي ديدن داخلي بدن، استفاده از كابلهاي نوري در صنعت مخابرات و ...
كابل هاي نوري چه مزيتي بر كابل هاي ملي دارند؟
1. ارزان ترند 2. سبك ترند 3.داده هاي بيشتري را با كيفيت بهتر منتقل مي كنند.

5-6 – مسير نور در منشور :
محيط شفافي است كه معمولاً مقطع آن مثلثي شكل است. زاويه ي بين دو وجه منشور را زاويه رأس مي گويند. پرتو SI كه به يك وجه منشور تابيده پس از شكست در نقطه ي I وارد منشور شده و با شكست مجدد از وجه ديگر خارج شده است . در شكل (5-16) قرار گرفتن منشور در مسير نور سبب شده است كه نور با انحراف نسبت به امتداد اوليه از منشور خارج شود.

پاشيدگي نور در عبور از منشور :
نخستين بار نيوتون با عبور دادن نور خورشيد از منشور مشاهده ي رنگ هاي مختلف نور، نشان داد كه نور سفيد تركيبي از نورهايي با رنگ هاي مختلف است. تجزيه ي نور به رنگ هاي مختلف را به وسيله منشور، پاشيدگي نور مي ناميم. علت پاشيدگي نور به وسيله منشور اين است كه ضريب شكست منشور براي نورهاي با رنگ هاي مختلف متفاوت است. به عنوان مثال ضريب شكست منشور براي نور قرمز ، كمتر از ضريب شكست منشور براي نور سبز يا آبي يا بنفش است. به همين سبب زاويه ي شكست و همين طور زاويه ي انحراف اين نورها، نيز هنگام تابش به منشور يكسان نيست. در نتيجه نورهايي با رنگ هاي متفاوت است از منشور خارج نمي شوند. در شكل ( 5-18) پاشيدگي نور سفيد و رنگ هاي حاصل از آن نشان داده شده است.
شكل (5-18)

نورهاي رنگي حاصل از پاشيديگ نور، در عبور از منشور طيف نور آن مي نامند.
عدسي ها : عدسي جسم شفافي است كه معمولاً از شيشه و به اشكال مختلف ساخته شده كه متداول ترين آنها به صورت محدب و يا مقعر است.
5-7 – عدسي ها :

1. عدسي هاي همگرا :
عدسي همگرا نوعي عدسي است كه نور موازي را شكسته و در يك نقطه كانوني در آن سوي عدسي متمركز مي نمايد، يا به عبارت ديگر پرتوهاي نور را به يكديگر نزديك مي كند.
(شكل 5-22)

عدسي هاي واگرا :
عدسي واگرا نوعي عدسي است كه نور موازي را شكسته و آن را واگرا مي نمايد و يا به عبارت ديگر پرتوهاي نور را از يكديگر دور مي كند.
(شكل 5-23)

5-8 – ويژگي هاي عدسي هاي همگرا :
الف – محور اصلي، مركز نوري :
خطي كه از مركزهاي در سطح كروي، در يك عدسي مي گذرد و يا از مركز سطح خميده گذشته و به سطح تخت عمود شود، محور اصلي ناميده مي شود، نقطه ي مياني عدسي را كه روي محور اصلي قرار دارد مركز نوري عدسي مي نامند.

كانون هاي عدسي ها :
الف – كانون اصلي در عدسي همگرا (f) : نقطه اي كه همه پرتوهاي تابش موازي با محور اصلي، پس از شكست به وسيله عدسي در آن نقطه به هم مي رسند، اين كانون حقيقي است.
ب – كانون اصلي در عدسي واگرا (f) نقطه اي است كه همه ي پرتوهاي تابش موازي با محور اصلي پس از شكست به وسيله ي عدسي، ظاهراً از آن نقطه مي آيند. اين كانون مجازي است.
هر عدسي داراي دو كانون اصلي است زيرا نور را مي توان از هر طرف عدسي عبور داد و عدسي ها را معمولاً نازك انتخاب مي كنند به طوري كه فاصله كانوني هر دو طرف با همه برابر باشد.

5-9 – رسم پرتوهاي شكست در عدسيهاي همگرا :
چون خورشيد در فاصله ي خيلي دور از ما قرار دارد، پرتوهايي كه از آن به عدسي مي تابند، با هم موازي هستند از شكل (5-26) در آزمايش 5 مي توان نتيجه گرفت كه اگر پرتو تابش موازي با محور اصلي به عدسي همگرا بتابد . چنان مي شكند كه از كانون عدسي بگذرد.
شكل (5-26)

برعكس اين موضوع نيز صادق است. يعني پرتوهايي كه از كانون عدسي همگرا گذشته و به آن بتابند، پس از شكست به موازات محور اصلي از عدسي خارج مي شوند.

5-10 – چگونگي تصوير در عدسيهاي همگرا :
يك شمع روشن را در مقابل عدسي همگرا، در فاصله اي بيشتر از فاصله كانوني عدسي، مطابق شكل (5-30) در نظر بگيريد.
شكل (5-30)

از هر نقطه شمع، مانند نقطه ي A پرتوهاي زيادي به عدسي مي تابد. از ميان اين پرتوها دو پرتوي خاص را در نظر مي گيريم . يكي پرتو IA (موازي محور اصلي) و ديگري A'I (پرتوي كه از مركز نوري عدسي گذشته است) . سپس پرتوهاي خارجي هر يك را به روشي كه گفته شد رسم مي كنيم.
پرتوهاي شكست اين دو پرتو يك ديگر را در نقطه' A قطع مي كنند. اگر پرتوهاي ديگري هم از نقطه A به عدسي بتابد پرتوهاي شكت آنها از نقطه' A خواهد گذشت. به همين علت براي بدست آوردن نقطه' A ( تصوير نقطه A است) دو پرتو تابش كافي است. آزمايش نشان مي دهد كه تصوير يك شيء عمود بر محور اصلي است و نقطه روي محور اصلي ، تصويرش روي آن محور است.
با بدست آوردن نقطه' A (تصوير نقطه ي A) مي توان تصوير يك شيء را كه بر محور اصلي عمود است بدست آورد.
تصويري را كه در اين حالت تشكيل شده است تصوير حقيقي مي ناميم. همانطور كه در شكل (5-30) مي بينيد، اين تصوير بر روي صفحه ي كاغذ يا پرده اي كه در محل تصوير قرار دارد تشكيل مي شود. در اين حالت پرتوهاي شكست خودشان همديگر را قطع كرده اند. در واقع نقطه A' يك نقطه روشن واقعي است و اگر چشم در مسير پرتوهايي كه از' A گذشته اند قرار گيرد، نقطه ي روشن A ديده مي شود.
در شكل هاي (5-31 الف تاج) روش رسم تصوير شيء AB در يك عدسي همگرا چند حالت نشان داده شده است.
الف) شي در فاصله خيلي دور از عدسي ، تصوير روي کانون تشکيل مي شود و حقيقي و وارونه است .

ب) شي در فاصله اي بيشتر از دوبرابر فاصله کانوني .تصوير دورتر از f و نزديکتر از فاصله 2f ، حقيقي ، کوچکتر از جسم ، وارونه

پ) شي در فاصله 2f از عدسي ، تصوير در فاصله 2f به اندازه شي ، حقيقي ، وارونه

ت) شي در فاصله اي بيشتر از f وکمتر از فاصله 2f ، حقيقي ، بزرگتر از جسم ، وارونه و دورتر از 2f

ث) شي روي کانون ، تصوير در بينهايت

ج) شي بين کانون و عدسي ، همانطور که در شکل ديده مي شود پرتوهاي شکست از هم دور مي شوند ، امتداد پرتوهاي شکست يکديگر را قطع مي کنند ، تصوير مجازي ، بزرگتر از شي و مستقيم

در رسم تصوير شكل (5-32) نخست با رسم دو پرتو تابش، يكي موازي محور اصلي و ديگري پرتوي كه از مركز نوري گذشته است ، نقطه A' مشخص شده است. پرتوهاي ديگري كه از A به عدسي تابيده پس از گذراز عدسي از' A گذشته اند.
شكل (5-32)

عدسي ها :
5-11 – ويژگي هاي عدسيهاي واگرا‌:
الف – محور اصلي ، مركز نوري :
همانگونه كه در عدسيهاي همگراديده شد در اين عدسيها نيز محور اصلي خطي است كه مركز دو سطح كروي عدسي را به هم وصل مي كند.نقطه ي مياني عدسي را كه روي محور اصلي قرار دارد مركز نوري عدسي مي نامند. در شكل (5-33) محور اصلي و مركز نوري نشان داده شده است.

در عدسيهاي واگرا نيز پرتوي كه به مركز نوري عدسي مي تابد بدون انحراف از عدسي خارج مي شود. درشكل (5-34) چنين پرتوهايي كه به عدسي واگرا تابيده اند نشان داده شده است.

ب: كانون عدسيهاي واگرا :
هر گاه پرتوهايي موازي محور اصلي به عدسي واگرا بتابند پس از شكست و گذر از عدسي ، طوري از هم دور مي شوند كه امتداد آن ها از يك نقطه روي محور اصلي بگذرند. اين نقطه را كانون عدسي واگرا مي ناميم. فاصله ي كانون تا مركز نوري را فاصله ي كانوني مي ناميم و آن را با F مشخص مي كنيم.
در شكل (5-35) پرتوهاي تابش، موازي محور اصلي و پرتوهاي شكست مربوط به آنها نشان داده شده است . در عدسيهاي واگرا كانون مجازي است.

هر گاه پرتو نور طوري به عدسي واگرا بتابد كه پس از برخورد به عدسي، امتداد آن از كانون بگذرد، پرتو شكست آن موازي محور اصلي خواهد بود.
شكل (5-36)

تصوير در عدسيهاي واگرا:
در اين عدسيها نيز، تصوير هر شيء عمود بر محور اصلي را با رسم تصوير يك نقطه ي آن بدست مي آوريم. از بين پرتوهاي زيادي كه از نقطه شي به عدسي مي تابد دو پرتو تابش مشخص (پرتو موازي محور اصلي، پرتوي كه به مركز نوري مي تابد يا پرتوي كه امتداد آن از كانون مي گذرد) را رسم و پرتو شكست را به ترتيبي كه گفته شد رسم مي كنيم تا تصوير نقطه ي مورد نظر را بدست آيد.
شكل (5-37)

در اين عدسيها با قرار گرفتن چشم در مسير پرتوهاي شكست، شيء AB در'A'B به نظر مي رسد. اين تصوير مجازي است. در عدسيهاي واگرا شيء در هر فاصله اي مقابل عدسي قرار گرفته شود تصوير آن كوچكتر از شيء مجازي و نسبت به شيء مستقيم است و در فاصله اي كمتر از فاصله ي كانوني ديده مي شود.
محاسبه ي فاصله ي تصوير تا عدسي :
براي بدست آوردن فاصله ي شي و تصويرش از عدسي، اولاً مركز نوري عدسي را به عنوان مبدأ اندازه گيري تعيين كرده، ثانيا ً اگر كانون تصويرحقيقي باشند، فاصله ي آن ها با عدسي مثبت و اگر مجازي باشد منفي فرض مي شود.
1/p + 1/q = 1/f
p فاصله شي تا عدسي
q فاصله تصوير تا عدسي
f فاصله کانوني عدسي

مثال : شيء در فاصله 18 سانتي متري يك عدسي واگرا كه فاصله كانوني آن 6 سانتي متر است قرار داده شده است. فاصله ي تصوير تا عدسي چقدر مي شود؟
حل : چون عدسي واگراست فاصله كانوني منفي است.

P=18cm , f=-6cm, q=?

فاصله تصوير تا عدسي

علامت منفي نشان دهنده تصوير مجازي است

5-13 – بزرگ نمايي عدسيها :
در عدسيها نسبت طول تصوير ('A'B) به طول شيء (AB) را بزرگ نمايي مي ناميم و آن را با M نمايش مي دهيم.
m = A'B' / AB (6-5)
بزرگ نمايي نشان مي دهد كه طول تصوير چند برابر طول شيء است ثابت مي شود كه در عدسيها نيز مي توان رابطه ي بزرگ نمايي را به صورت زير نوشت :
m = A'B' / AB = |q /p| (7-5)
اگر از عدسي همگرا به عنوان ذره بين استفاده شود عدسي را نسبت به شيء مورد نظر طوري قرار مي دهيم كه فاصله اي شي تا عدسي كمتر از فاصله ي كانوني عدسي باشد (يعني شيء در فاصله كانوني عدسي قرار بگيرد) در اين صورت تصوير مجازي مستقيم بزرگتر از شيء ديده مي شود.

مثال :
اگر بخواهيم به وسيله يك ذره بين (عدسي همگرا) از يك شيء به طول 5/0 سانتي متر تصويري مستقيم و مجازي به طول 2 سانتي متر بدست آوريم، و فاصله اي شي تا عدسي 6 سانتي متر باشد. فاصله ي تصوير تا عدسي و فاصله كانوني عدسي را حساب كنيد.

P=6cm , AB=0/5cm,A'B'=2Cm , q=? , f=?

فاصله تصوير تا عدسي

چون گفته شده است تصوير مجازي است به جاي q مقدار آن را با علامت منفي در رابطه جاي گذاري مي كنيم.
فاصله کانون تا عدسي

5-14 – توان عدسيها :
در شكل (5-39) الف و ب :‌دو عدسي همگرا L1 , L2 با فاصله كانوني متفاوت نشان داده شده است.

توانايي يك عدسي در همگرا بودن و يا واگرا كردن پرتوهاي نور را توان عدسي گويند كه مقدار آن عكس فاصله ي كانوني عدسي مي باشد.
D = 1/f

D توان عدسي بر حسب ديوپتر
F فاصله ي كانوني عدسي بر حسب متر

در عدسي همگرا كانون حقيقي است، در نتيجه توان آن مثبت مي باشد،
(1/f)
و در عدسي واگرا كانون مجازي است ،

در نتيجه توان آن منفي مي باشد
(-1/f)

تعريف : ديوپتر: يك ديوپتر توان عدسي است كه فاصله ي كانوني آن يك متر است.
D = 1/F = 1/1(m) = 1 ديوپتر

مثال :
توان عدسي همگرايي به فاصله ي كانوني 20cm چقدر است؟

F=+20cm=+0/2m و D=?
D = 1/F = 1/0.2 = 10/2
D = 5d

ساختمان چشم و نور :
1 – چشم مانند يك دوربين تصويري در انتهاي چشم تشكيل مي دهد، ساختمان چشم به ترتيب از خارج به داخل شامل سه لايه ي صلبيه ، مشيميه و شبكيه مي باشد.
2 – چشم اندامي كروي است كه لايه ي خارجي آن يعني صلبيه نسبتاً سخت مي باشد.
3 – بخش جلويي صلبيه را قرنيه مي گويند كه شفاف است و اولين شكست نور هنگام ورود به چشم در اين محل انجام مي شود.
4 – پشت قرنيه مايع شفاف زلاليه قرار دارد . ضريب شكست زلاليه تقريباً اندازه ي ضريب شكست قرنيه است و نور در مرز مشترك قرنيه و زلاليه شكست چنداني پيدا نمي كند.
5 – پشت زلاليه مردم چشم قرار دارد . قطر مردمك تغيير مي كند و شدت نور عبوري را تنظيم مي كند.
6 – پشت مردم عدسي قرار دارد. عدسي چشم همگراست و از ماده ي ژله مانند، انعطاف پذير و شفاف ساخته شده است.
7- عدسي چشم به وسيله ماهيچه هاي مژگاني نگه داشته شده است. ماهيچه هاي مژگاني مي تواند ضخامت عدسي را تغيير دهد. در اين صورت فاصله ي كانوني عدسي چشم تغيير مي كند.
8 – وقتي عدسي مژگاني در حال استراحت است، عدسي چشم بزرگ ترين فاصله ي كانوني خود را دارد.
9 – نور پس از عبور از قرنيه، زلاليه، مردمك، عدسي و زلاليه بر روي شبكيه چشم تصويري واضح تشكيل مي دهد و چشم آن را احساس مي كند.

براي اينكه همواره بر روي شبكيه تصويرواضح تشكيل شود، براي ديدن اجسام دور، ماهيچه ي مژگاني منقبض مي شود و ضخامت عدسي را زياد مي كند و فاصله ي كانوني عدسي كم مي شود و تصويري واضح بر روي شبكيه تشكيل مي شود. تغيير ضخامت عدسي كه باعث تغيير فاصله كانوني عدسي مي شود تا بتواند تصويري واضح بر روي شبكيه تشكيل شود را تطابق مي گويند.
گستره ديد طبيعي :
چشم سالم براي فاصله هاي از حدود 25 سانتي متر تا بي نهايت را مي تواند با عمل تطابق ببيند كه به آن گسترده ي ديد طبيعي يك چشم سالم مي گويند.
كم ترين فاصله ي ديد چشم، نزديك ترين مكاني است كه چشم مي تواند يك جسم را واضح ببيند.
بيشترين فاصله ي ديد چشم، دورترين مكاني است كه چشم مي تواند يك جسم را واضح ببيند.
ميكروسكوپ:
ابزاري است شامل دو عدسي همگرا كه در دو انتهاي يك لوله كار گذاشته شده اند. فاصله ي كانوني عدسي طرف چپ كوتاهتر بوده و عدسي شيء ناميده مي شود. اين عدسي داراي بزرگ نمايي بالايي بوده و از جسم مورد مطالعه تصويري حقيقي و معكوس ايجاد مي نمايد. تصويري بسيار بزرگ توسط عدسي چشمي تشكيل مي گردد كه يك تصوير نهايي و مجازي مي باشد و بزرگ نمايي كل ميكروسكوپ از بزرگ نمايي هاي عدسي مثلا با عدسي چشمي است.

دوربين نجومي :
براي ديدن كره هاي آسماني بكار مي رود. ساختمان آن مشابه ساختمان ميكروسكوپ است و از دو عدسي همگراي هم محور درست شده است. فاصله ي كانوني عدسي شيء آن حدود دو متر است و عدسي چشمي آن مانند عدسي چشمي ميكروسكوپ است.
براي دوربين با جسم در بي نهايت دور قرار دارد. در شكل (5-47) طرز تشكيل تصوير در دوربين نشان داده شده است. آخرين تصوير در دوربين، مجازي، معكوس و از جسم كوچكتر است.

اولين تصوير (A 'B') در سطح كانوني عدسي شيء تشكيل مي شود. معمولاً دوربين را طوري تنظيم مي كنند كه كانون هاي دو عدسي بر يكديگر منطبق شود. در اين صورت آخرين تصوير نيز در بي نهايت دور ديده مي شود.

واژه ها و فرمول هاي كليدي فصل 5 :
1 – وقتي نور از يك محيط شفاف وارد محيط شفاف ديگري مي شود، شكت خورده و از مسير خود منحرف مي شود.
2 – اگر پرتو نور از محيط رقيق وارد محيط غليظ شود، پرتو نور پس از شكست به خط عمود نزديك مي شود و اگر پرتو نور از محيط رقيق وارد محيط غليظ شود، پرتو شكست از خط عمود دور مي شود.

3 – قانون هاي شكست نور :
الف) پرتو تابش خط عمود و پرتو شكست هر سه در يك صفحه قرار دارند.
ب) سينوس زاويه ي تابش به سينوس زاويه ي شكست برابر ضريب شكست محيط دوم به اول است.

4 – نسبت عمق واقعي به عمق ظاهري برابر ضريب شكست محيط شفاف به ضريب شكست هوا مي باشد.
5 – ضريب شكست يك محيط شفاف، نسبت سرعت نور در خلاء به سرعت نور در آن محيط شفاف است.

6 – اگر زاويه تابش از محيط غليظ به رقيق بزرگ تر از زاويه ي حد باشد، پرتو بازتابش داخلي را پيدا مي كند.
7 – منشور ميط شفافي است كه مي توان نو را به وسيله آن منحرف كرد (منشور با بازتابش كلي)

8 – عدسيها بر اساس خاصيت همگرايي و واگرايي به دو نوع همگرا و واگرا تقسيم مي شوند.
9 – اگر جسمي در فاصله كانوني عدسي محدب قرارگيرد، تصوير آن بزرگتر ، مستقيم ، مجازي و دورتر از جسم نسبت به عدسي تشكيل مي شود.

10 – اگر جسم خارج از فاصله هاي كانوني عدسي محدب قرار گيرد ، تصوير آن معكوس و حقيقي تشكيل مي شود.
11 – اگر جسم مقابل عدسي مقعر قرار گيرد، تصوير آن كوچك تر، مستقيم ، مجازي و بين جسم و عدسي تشكيل مي شود.

12 – نسبت فاصله ي تصوير تا عدسي به فاصله ي جسم تا عدسي را بزرگ نمايي مي گويند كه برابر نسبت طول تصوير به طول جسم است.
13 – عكس فاصله ي كانوني عدسي را توان عدسي مي گويند.

فرمول ها :

(ضريب شكست نور) n= c/v
(قانون دكارت) sin i / sin r = n ₂/n₁

عمق ظاهری/ عمق واقعی = n ₂/n₁

(زاويه حد) sin c = 1/n

(زاويه ي رأس منشور) Â = rˆ + rˆ '
(زاويه ي انحراف در منشور) Dˆ= iˆ+iˆ' – Â

(فرمول عدسيها)

1/p + 1/q = 1/f

(توان عدسي ) D = 1/f
(فاصله كانوني) f = mp / m ± 1

پاسخ دهيد ( فعاليت ها) فصل 5 :
1 – اگر نور از يك محيط شفاف با ضريب شكست n1 وارد محيط شفاف ديگر با ضريب شكست n2 شود، به گونه اي كه n2 شود. به گونه اي كه n1 > n2 رابطه ي
(5-1) چگونه نوشته مي شود؟
باتوجه به قانون دوم شكست نور مي توان نوشت : در اين حالت زاويه ي شكست
بزرگتر از زاويه تابش است و اين رابطه تا زماني بكار مي رود كه زاويه شكست كمتر از° 90 باشد.

sin i / sin r = n2 / n1

2 – رابطه (5-2) را براي حالتي كه ناظر در محيط شفاف (1) با ضريب شكست n1 به جسمي در محيط شفاف (2) با ضريب شكست n1 مي نگرد بنويسيد.
در اين حالت زاويه ي i در محيط n2 و زاويه r در محيط n1 است پس :

sin i / sin r = n1 / n2

3 – با استفاده از جدول (5-2) :
الف – نور يك بار با زاويه تابش (i) از هوا به آب و بار ديگر با همين زوايه تابش به شيشه مي تابد. در كدام مورد زاويه ي انحراف بزرگتر است و پرتو شكست به خط عمود نزديك تر مي شود؟ چرا؟
پرتو نور با زاويه تابش (i) از هوا به آب و شيشه تابيده شد، مشاهده گرديد كه شكست پرتو نور در شيشه بيشتر از آب است و پرتو شكست در شيشه به خط عمود نزديك تر است. زيرا شيشه محيط شفاف غليظ تر از آب است و ضريب شكست آن بيشتر از ضريب شكست آب مي باشد.

4 – اگر نوري از يك محيط شفاف با ضريب شكست n1 وارد محيط شفاف ديگر با ضريب شكست n2 شود به گونه اي كه n1> n2 (رابطه 5-4- ب ) چگونه نوشته مي شود؟

5- با رسم مسير پرتو نور در منشور زاويه انحراف را نشان دهيد.

6 – در شكل (5-19) مقطع منشور قائم الزاويه متساوي الساقيني نشان داده شده است. زاويه ي حد اين منشور 42 است. پرتو نور تك رنگي (نوري كه به وسيله ي منشور پاشيده نمي شود) عمود بر يك وجه آن تابيده است.
الف) مسير اين پرتو را تا رسيدن به وجه مقابل منشور رسم كنيد.

هر گاه پرتو نور عمود بر يك سطح بتابد، بدون شكست وارد محيط مي گردد. در اين صورت پرتو تابش پس از ورود با زاويه تابش° 45 بر وجه دوم منشور مي تابد.

ب: زاويه ي تابش در داخل منشور چقدر است؟ اين زاويه را با زاويه حد منشور مقايسه كنيد و مسير پرتو نور را كامل كنيد.
زاويه ي تابش بر وجه دوم منشور° 45 درجه است و چون زاويه حد منشور° 42 است. پس زاويه ي تابش بزرگتر از زاويه ي حد بوده و پرتو نور ازوجه دوم به داخل منشور بازتاب مي گردد و به طور عمود از وجه دوم خارج مي شود.

7 – با توجه به شكل (5-32) ص 147،
1- توضيح دهيد كه اگر نيمه ي بالايي يا پائيني عدسي به وسيله كاغذ كدري پوشانده شود آيا تصوير تشكيل مي شود؟ چرا ؟
بر روي پرده تصوير تشكيل مي گردد ولي با روشنايي كم، زيرا در شرايطي كه نيمي از عدسي پوشيده است، نيمي از پرتوهاي نور از عدسي عبور نمي كنند ، به هر حال به دليل عبور پرتوهاي نور از عدسي تصوير بر روي پرده تشكيل مي گردد.

2 – روشنايي تصوير نسبت به حالتي كه نور به تمام سطح عدسي مي تابد چه تفاوتي دارد؟
روشنايي تصوير كم مي شود زيرا با قرار دادن كاغذ كدر بر روي عدسي نيمي از پرتوهاي نور از عدسي عبور نمي كنند.

8- فاصله كانوني هر يك از عدسي هايي را كه شكل آن ها در جدول زير آمده است با استفاده از اعداد داده شده و شكل عدسي ها معين كرده و جدول را كامل كنيد. (عدسي ها هم جنس اند)

عدسی ها
فاصله کانونی	-5 cm	-15 cm	20 cm	5 cm
توان عدسی	-20	-6/66	5	20

9 – چرا در آب نمي توان اجسام اطراف خود را خوب ديد؟
ضريب شكست آن بيشتر از ضريب شكست هوا است. در اين صورت وقتي از داخل آب به اشياء نگاه مي كنيم، توان عدسي چشم تغيير مي كند و شكست نور هنگام عبور از عدسي متفاوت است و بر روي شبكيه تصويري واضح تشكيل نمي شود.

10 – تحقيق كنيد چرا روي صفحه تلويزيون و يا پرده سينما تصاوير را به طور پيوسته مي بيند؟
اثر نور در چشم در حدود 16/1 ثانيه باقي مي ماند و چون فاصله ي زماني تصويرهايي كه در تلويزيون و يا پرده سينما نشان داده مي شود كمتر از 16/1 ثانيه است. چشم تصاوير را به طور پيوسته مي بيند.

[ یکشنبه بیستم فروردین 1391 ] [ 17:28 ] [ معید جعفری ممتاز ]

دانستنيهاي بمب اتم

بمب اتمي سلاحي است كه نيروي آن از انرژي اتمي و بر اثر شكاف هسته (فيسيون ) اتمهاي پلوتونيوم يا اورانيوم ايجاد مي شود .در فرآيند شكافت هسته اي ، اتمهاي ناپايدار شكافته و به اتمهاي سبكتر تبديل مي شوند .

نخستين بمب از اين نوع ، در سال 1945 م در ايالات نيو مكزيكو در ايالات متحده آمريكا آزمايش شد . اين بمب ، انفجاري با قدرت 19 كيلو تن ايجاد كرد ( يك كيلو تن برابر است با

انرژي اتمي آزاد شده 190 تن ماده منفجره تي . ان . تي ) انفجار بمب اتمي موج بسيار نيرومند پرتوهاي شديد نوراني ، تشعشعات نفوذ كننده اشعه گاما و نوترونها و پخش شدن مواد راديو اكتيو را همراه دارد . انفجار بمب اتمي چندين هزار ميليارد كالري حرارت را در چند ميليونيوم ثانيه ايجاد مي كند .

اين دماي چند ميليون درجه اي با فشار بسيار زياد تا فاصله 1200 متري از مركز انفجار به افراد بدون پوشش حفاظتي صدمه مي زند و سبب مرگ و بيماري انسان و جانوران مي شود . همچنين زمين ، هوا آب و همه چيز را به مواد راديو اكتيو آلوده مي كند .

بمب هاي اتمي شامل نيروهاي قوي و ضعيفي اند كه اين نيروها هسته يك اتم را به ويژه اتم هايي كه هسته هاي ناپايداري دارند، در جاي خود نگه مي دارند. اساسا دو شيوه بنيادي براي آزادسازي انرژي از يك اتم وجود دارد: 1- شكافت هسته اي: مي توان هسته يك اتم را با يك نوترون به دو جزء كوچك تر تقسيم كرد. اين همان شيوه اي است كه در مورد ايزوتوپ هاي اورانيوم (يعني اورانيوم 235 و اورانيوم 233) به كار مي رود.

براي توليد يك بمب اتمي موارد زير نياز است:

يك منبع سوخت كه قابليت شكافت يا همجوشي را داشته باشد.

دستگاهي كه همچون ماشه آغازگر حوادث باشد.

راهي كه به كمك آن بتوان بيشتر سوخت را پيش از آنكه انفجار رخ دهد دچار شكافت يا همجوشي كرد.

در اولين بمب هاي اتمي از روش شكافت استفاده مي شد. اما امروزه بمب هاي همجوشي از فرآيند همجوشي به عنوان ماشه آغازگر استفاده مي كنند.بمب هاي شكافتي (فيزيوني): يك بمب شكافتي از ماده اي مانند اورانيوم 235 براي خلق يك انفجار هسته اي استفاده مي كند. اورانيوم 235 ويژگي منحصر به فردي دارد كه آن را براي توليد هم انرژي هسته اي و هم بمب هسته اي مناسب مي كند. اورانيوم 235 يكي از نادر موادي است كه مي تواند زير شكافت القايي قرار بگيرد.اگر يك نوترون آزاد به هسته اورانيوم 235 برود،هسته بي درنگ نوترون را جذب كرده و بي ثبات شده در يك چشم به هم زدن شكسته مي شود. اين باعث پديد آمدن دو اتم سبك تر و آزادسازي دو يا سه عدد نوترون مي شود كه تعداد اين نوترون ها بستگي به چگونگي شكسته شدن هسته اتم اوليه اورانيوم 235 دارد. دو اتم جديد به محض اينكه در وضعيت جديد تثبيت شدند از خود پرتو گاما ساطع مي كنند. درباره اين نحوه شكافت القايي سه نكته وجود دارد كه موضوع را جالب مي كند.

1 - احتمال اينكه اتم اورانيوم 235 نوتروني را كه به سمتش است، جذب كند، بسيار بالا است. در بمبي كه به خوبي كار مي كند، بيش از يك نوترون از هر فرآيند فيزيون به دست مي آيد كه خود اين نوترون ها سبب وقوع فرآيندهاي شكافت بعدي اند. اين وضعيت اصطلاحا «وراي آستانه بحران» ناميده مي شود.

2 - فرآيند جذب نوترون و شكسته شدن متعاقب آن بسيار سريع و در حد پيكو ثانيه (12-10 ثانيه) رخ مي دهد.

3 - حجم عظيم و خارق العاده اي از انرژي به صورت گرما و پرتو گاما به هنگام شكسته شدن هسته آزاد مي شود. انرژي آزاد شده از يك فرآيند شكافت به اين علت است كه محصولات شكافت و نوترون ها وزن كمتري از اتم اورانيوم 235 دارند. اين تفاوت وزن نمايان گر تبديل ماده به انرژي است كه به واسطه فرمول معروف mc2= E محاسبه مي شود. حدود نيم كيلوگرم اورانيوم غني شده به كار رفته در يك بمب هسته اي برابر با چندين ميليون گالن بنزين است. نيم كيلوگرم اورانيوم غني شده انداز ه اي معادل يك توپ تنيس دارد. در حالي كه يك ميليون گالن بنزين در مكعبي كه هر ضلع آن 17 متر (ارتفاع يك ساختمان 5 طبقه) است، جا مي گيرد. حالا بهتر مي توان انرژي آزاد شده از مقدار كمي اورانيوم 235 را متصور شد.براي اينكه اين ويژگي هاي اروانيوم 235 به كار آيد بايد اورانيوم را غني كرد. اورانيوم به كار رفته در سلاح هاي هسته اي حداقل بايد شامل نود درصد اورانيوم 235 باشد.در يك بمب شكافتي، سوخت به كار رفته را بايد در توده هايي كه وضعيت «زير آستانه بحران» دارند، نگه داشت. اين كار براي جلوگيري از انفجار نارس و زودهنگام ضروري است. تعريف توده اي كه در وضعيت «آستانه بحران» قرار داد چنين است: حداقل توده از يك ماده با قابليت شكافت كه براي رسيدن به واكنش شكافت هسته اي لازم است. اين جداسازي مشكلات زيادي را براي طراحي يك بمب شكافتي با خود به همراه مي آورد كه بايد حل شود.

1 - دو يا بيشتر از دو توده «زير آستانه بحران» براي تشكيل توده «وراي آستانه بحران» بايد در كنار هم آورده شوند كه در اين صورت موقع انفجار به نوترون بيش از آنچه كه هست براي رسيدن به يك واكنش شكافتي، نياز پيدا خواهد شد.

2 - نوترون هاي آزاد بايد در يك توده «وراي آستانه بحران» القا شوند تا شكافت آغاز شود.

3 - براي جلوگيري از ناكامي بمب بايد هر مقدار ماده كه ممكن است پيش از انفجار وارد مرحله شكافت شود براي تبديل توده هاي «زير آستانه بحران» به توده هايي «وراي آستانه بحران» از دو تكنيك «چكاندن ماشه» و «انفجار از درون» استفاده مي شود.تكنيك «چكاندن ماشه» ساده ترين راه براي آوردن توده هاي «زير بحران» به همديگر است. بدين صورت كه يك تفنگ توده اي را به توده ديگر شليك مي كند. يك كره تشكيل شده از اورانيوم 235 به دور يك مولد نوترون ساخته مي شود. گلوله اي از اورانيوم 235 در يك انتهاي تيوپ درازي كه پشت آن مواد منفجره جاسازي شده، قرار داده مي شود.كره ياد شده در انتهاي ديگر تيوپ قرار مي گيرد. يك حسگر حساس به فشار ارتفاع مناسب را براي انفجار چاشني و بروز حوادث زير تشخيص مي دهد:

1 - انفجار مواد منفجره و در نتيجه شليك گلوله در تيوپ

2 - برخورد گلوله به كره و مولد و در نتيجه آغاز واكنش شكافت

3 - انفجار بمب

در «پسر بچه» بمبي كه در سال هاي پاياني جنگ جهاني دوم بر شهر هيروشيما انداخته شد، تكنيك «چكاندن ماشه» به كار رفته بود. اين بمب 5/14 كيلو تن برابر با 500/14 تن TNT بازده و 5/1 درصد كارآيي داشت. يعني پيش از انفجار تنها 5/1 درصد ازماده مورد نظر شكافت پيدا كرد.

در همان ابتداي «پروژه منهتن»، برنامه سري آمريكا در توليد بمب اتمي، دانشمندان فهميدند كه فشردن توده ها به همديگر و به يك كره با استفاده از انفجار دروني مي تواند راه مناسبي براي رسيدن به توده «وراي آستانه بحران» باشد. البته اين تفكر مشكلات زيادي به همراه داشت. به خصوص اين مسئله مطرح شد كه چگونه مي توان يك موج شوك را به طور يكنواخت، مستقيما طي كره مورد نظر، هدايت و كنترل كرد؟افراد تيم پروژه «منهتن» اين مشكلات را حل كردند. بدين صورت، تكنيك «انفجار از درون» خلق شد. دستگاه انفجار دروني شامل يك كره از جنس اورانيوم 235 و يك بخش به عنوان هسته است كه از پولوتونيوم 239 تشكيل شده و با مواد منفجره احاطه شده است. وقتي چاشني بمب به كار بيفتد حوادث زير رخ مي دهند:

1 - انفجار مواد منفجره موج شوك ايجاد مي كند.

2 - موج شوك بخش هسته را فشرده مي كند.

3 - فرآيند شكافت شروع مي شود.

4 - بمب منفجر مي شود.

در «مرد گنده» بمبي كه در سال هاي پاياني جنگ جهاني دوم بر شهر ناكازاكي انداخته شد، تكنيك «انفجار از درون» به كار رفته بود. بازده اين بمب 23 كيلو تن و كارآيي آن 17درصد بود.شكافت معمولا در 560 ميلياردم ثانيه رخ مي دهد.بمب هاي همجوشي: بمب هاي همجوشي كار مي كردند ولي كارآيي بالايي نداشتند. بمب هاي همجوشي كه بمب هاي «ترمونوكلئار» هم ناميده مي شوند، بازده و كارآيي به مراتب بالاتري دارند. براي توليد بمب همجوشي بايد مشكلات زير حل شود:دوتريوم و تريتيوم مواد به كار رفته در سوخت همجوشي هر دو گازند و ذخيره كردنشان دشوار است. تريتيوم هم كمياب است و هم نيمه عمر كوتاهي دارد بنابراين سوخت بمب بايد همواره تكميل و پر شود.دوتريوم و تريتيوم بايد به شدت در دماي بالا براي آغاز واكنش همجوشي فشرده شوند. در نهايت «استانسيلا اولام» دريافت كه بيشتر پرتو به دست آمده از يك واكنش فيزيون، اشعه X است كه اين اشعه X مي تواند با ايجاد درجه حرارت بالا و فشار زياد مقدمات همجوشي را آماده كند. بنابراين با به كارگيري بمب شكافتي در بمب همجوشي مشكلات بسياري حل شد. در يك بمب همجوشي حوادث زير رخ مي دهند:

1 - بمب شكافتي با انفجار دروني ايجاد اشعه X مي كند.

2 - اشعه X درون بمب و در نتيجه سپر جلوگيري كننده از انفجار نارس را گرم مي كند.

3 - گرما باعث منبسط شدن سپر و سوختن آن مي شود. اين كار باعث ورود فشار به درون ليتيوم - دوتريوم مي شود.

4 - ليتيوم - دوتريوم 30 برابر بيشتر از قبل تحت فشار قرار مي گيرند.

5 - امواج شوك فشاري واكنش شكافتي را در ميله پولوتونيومي آغاز مي كند.

6 - ميله در حال شكافت از خود پرتو، گرما و نوترون مي دهد.

7 - نوترون ها به سوي ليتيوم - دوتريوم رفته و با چسبيدن به ليتيوم ايجاد تريتيوم مي كند.

8 - تركيبي از دما و فشار براي وقوع واكنش همجوشي تريتيوم - دوتريوم ودوتريوم - دوتريوم و ايجاد پرتو، گرما و نوترون بيشتر، بسيار مناسب است.

9 - نوترون هاي آزاد شده از واكنش هاي همجوشي باعث القاي شكافت در قطعات اورانيوم 238 كه در سپر مورد نظر به كار رفته بود، مي شود.

10 - شكافت قطعات اروانيومي ايجاد گرما و پرتو بيشتر مي كند.

11 - بمب منفجر شود.

[ چهارشنبه دوازدهم بهمن 1390 ] [ 14:40 ] [ معید جعفری ممتاز ]

سفر در زمان

آفتاب: استفان هاوکینگ فیزیکدان مشهور انگلیسی که به تازگی در نشریات و برنامه‌های تلویزیونی در رابطه با عجایب علم فیزیک و سفر در زمان اظهار نظرهای قابل توجهی ارائه می‌کند به تازگی در قالب مقاله‌ای به بررسی شیوه‌های ممکن برای سفر در زمان پرداخته است که بخشی از آن در نشریه ان‌بی‌سی به این شکل منتشر شده است:

بعد چهارم

نظریه اول هاوکینگ بر این اساس مطرح شده است که باید زمان را در قالب یک بعد، مانند طول، عرض و یا ارتفاع در نظر گرفت. وی در مثالی می‌گوید: "در هنگام رانندگی به سوی جلو حرکت می‌کنید، این یک جهت است، به سمت راست یا چپ دور می‌زنید، این جهتی دیگر است، جهت سوم زمانی است که بر روی یک جاده کوهستانی حرکت می‌کنید و بعد چهارم در چنین سفری زمان است."

هاوکینگ می گوید: "فیلم‌هایی با مضمون سفر در زمان

” برخی از دانشمندان معتقدند شاید امکان دستیابی به یک کرم‌چاله و راهی برای بزرگ کردن آن به اندازه‌ای که برای عبور انسان‌ها یا فضاپیماها کافی است وجود داشته باشد." “

معمولا ماشین‌های عظیم و پر مصرفی را نشان می‌دهند که مسیری را در میان بعد چهارم گشوده و تونلی را در دل زمان باز می‌کند. مسافر زمان نیز خود را برای تجربه‌ای ناشناخته آماده کرده و وارد این تونل شده و آنگاه در ناکجاآبادی ظاهر می‌شود. شاید مفهوم کلی چنین شیوه ای کاملا بعید و کاملا متفاوت از واقعیت به نظر آید اما ایده کلی آن چندان غیر عقلانی نیست.

"در واقع قوانین فیزیک با ایده سفر در زمان از طریق درگاه هایی به نام "کرم چاله" انطباق دارند. این درگاه‌ها در اطراف ما پراکنده‌اند تنها به دلیل کوچک بودن امکان مشاهده آنها وجود ندارد. این حفره‌ها در گوشه‌های پنهان فضا و زمان خود را نمایان می‌کنند. هیچ چیز مسطح و جامد نیست، در صورتی که از فاصله‌ای بسیار نزدیک به هر جسمی نگاه کنید حفره‌ها و چین خوردگی‌هایی را می‌توان در آن مشاهده کرد. این یکی از اصول بنیادین فیزیک است که شامل حال زمان هم می‌شود."

فوم کوانتومی و حفره های "کرم چاله"

در بخشی دیگر از این مقاله آمده است: "در کوچکترین مقیاس ممکن، حتی در ابعادی کوچکتر از مولکول‌ها و اتم‌ها، به موقعیتی دست خواهیم یافت که فوم کوانتومی نام دارد. این جایی است که "کرم‌چاله"ها در آن قرار دارند. تونل‌های‌ریزی در میان زمان و فضا به صورت دائم در حال شکل گرفتن، ناپدید شدن و تغییر شکل دادن در این جهان کوانتمی هستند. حفره‌هایی که در واقع دو موقعیت و زمان جدا از هم را به یکدیگر اتصال می‌دهند."

"متاسفانه این حفره ها به اندازه‌ای کوچک هستند که امکان عبور

” در هنگام رانندگی به سوی جلو حرکت می‌کنید، این یک جهت است، به سمت راست یا چپ دور می‌زنید، این جهتی دیگر است، جهت سوم زمانی است که بر روی یک جاده کوهستانی حرکت می‌کنید و بعد چهارم در چنین سفری زمان است. “

انسان از میان آن وجود ندارد اما برخی از دانشمندان معتقدند شاید امکان دستیابی به یک کرم‌چاله و راهی برای بزرگ کردن آن به اندازه‌ای که برای عبور انسان‌ها یا فضاپیماها کافی است وجود داشته باشد."

"از نظر تئوری تونل زمان یا یک کرم چاله به جز کمک به سفر به دیگر سیارات می‌تواند فواید دیگری نیز در بر داشته باشد. در صورتی که دو سر این تونل در جایی یکسان قرار داشت که میان آنها زمان و نه فاصله فیزیکی جدایی ایجاد کرده بود، یک فضاپیما می توانست در گذشته و در فاصله ای نزدیک به زمین در آن رفت و آمد داشته باشد. در این صورت شاید دایناسورها می‌توانستند شاهد فرود این فضاپیما در جایی از زمان باشند."

" در نهایت شاید دانشمندان تنها سفر به آینده را پدیده‌ای عملی بیابند زیرا قوانین طبیعت سفر به گذشته را غیر ممکن ساخته است از این رو است که رابطه علت و معلولی پا برجا است. برای مثال اگر می توانستید در زمان سفر کرده و به گذشته بازگردید و با انجام کاری از تولد خود در گذشته جلوگیری کنید، چگونه می توانستید در آینده حضور داشته باشید و در زمان سفر کنید؟"

رودی جاری به نام زمان

هاوکینگ بر این باور است بازخورد تابشی می تواند هر کرم چاله ای که دانشمندان تلاش دارند آن را برای قابل استفاده شدن بزرگتر سازند را نابود کرده و آنها را برای سفر واقعی بی‌مصرف کند. راه دیگر پیشنهادی وی از این قرار است:

" زمان مانند یک رود در جریان است و اینگونه به نظر می رسد هر کدام از ما در میان این جریان در حرکتیم، اما از دیدگاهی دیگر می توان گفت زمان در مکانهای مختلف سرعت جریان متفاوتی دارد و این کلید اصلی سفر به آینده است. اینشتین برای اولین بار این ایده را که مکان‌هایی وجود دارند که در آنها سرعت زمان کاهش یا افزایش پیدا می‌کند،

” هیچ چیز مسطح و جامد نیست، در صورتی که از فاصله‌ای بسیار نزدیک به هر جسمی نگاه کنید حفره‌ها و چین خوردگی‌هایی را می‌توان در آن مشاهده کرد. این یکی از اصول بنیادین فیزیک است که شامل حال زمان هم می‌شود." “

در حدود صد سال پیش مطرح کرد، وی کاملا درست فکر می‌کرده است. اثبات آن نیز در سیستم ردیابی ماهواره ای زمین یا GPS است که آشکار می کند زمان در فضا از سرعت بالاتری برخوردار است و می توان از این اصل برای سفر به آینده استفاده کرد."

سیاهچاله ها و سفر با سرعت نور

هاوکینگ کلید اصلی سفر در زمان را سیاهچاله‌ها می داند. اجرامی به شدت جرمگین که حتی نور نیز نمی‌تواند از دام گرانشی آنها بگریزد.

وی می گوید: "سیاهچاله تاثیر قابل توجهی بر روی زمان دارد و می‌تواند سرعت آن را بیشتر از هر چیز دیگری در کهکشان کاهش دهد. این همان ویژگی است که سیاهچاله‌ها را به ماشین‌های واقعی زمان تبدیل می‌کند. بر این اساس می‌توان تصور کرد که فضاپیمایی در مرکز کهک‌شان راه شیری در اطراف سیاهچاله ای بزرگ در فاصله ای برابر 26 هزار سال نوری در گردش باشد. از زمین این فضاپیما در هر 16 دقیقه یک دور را کامل خواهد کرد. اما برای سرنشینان این فضاپیما زمان به کندی در حرکت بوده و برای هر 16 دقیقه ای که بر روی زمین سپری می شود، این افراد تنها 8 دقیقه از زندگی خود را پشت سر می گذارند. به این شکل 10 سال زمینی سفر در این فضاپیما برای آنها در واقع 5 سال خواهد بود.

این سناریو با اصل سفر در میان کرم چاله ها در تناقض نیست اما ایده ای کاملا غیر عملی است. اما از نظر هاوکینگ احتمالات عملی دیگری نیز وجود دارد: سفر با سرعت بسیار بالا.

وی می‌گوید: "این امکان به یکی دیگر از حقایق جهان هستی بستگی دارد. محدودیت سرعت کیهانی که برابر 299 هزار و 337 کیلومتر بر ثانیه است یعنی سرعت نور. هیچ چیز توانایی شکستن این رکورد را ندارد و این محدودیت یکی از بهترین اصول به اثبات رسیده علمی است. اما چه باور داشته باشید چه نداشته باشید، سفر در سرعتی نزدیک به سرعت نور می‌تواند

” شاید دانشمندان تنها سفر به آینده را پدیده‌ای عملی بیابند زیرا قوانین طبیعت سفر به گذشته را غیر ممکن ساخته است از این رو است که رابطه علت و معلولی پا برجا است. “

شما را به آینده ببرد. زیرا سفر در این سرعت به معنی 7 بار چرخش کامل مدار زمین در ثانیه است. در این لحظه است که واقعه‌ای غیر عادی رخ داده و سرعت زمان برای مسافران این سفر سریع السیر نسبت به زمان بقیه جهان به شدت کاهش پیدا کرده و در واقع همه چیز برای این مسافران به کندی سپری خواهد شد."

مقابله با سرعت نور

"این رویداد باید به منظور محافظت از محدودیت سرعت کیهانی رخ دهد. تصور کنید کودکی در حال دویدن بر روی فضاپیمایی است که با سرعتی نزدیک به سرعت نور در حرکت است آیا این کودک با حرکت رو به جلوی خود به سادگی در حال شکستن محدودیت سرعت کیهانی نیست؟ پاسخ این سوال "نه" است زیرا قوانین طبیعت با آرام کردن سرعت مسافران این سفر از شکسته شدن قانون محدودیت سرعت جلوگیری خواهد کرد و به این شکل این کودک قادر نخواهد بود به اندازه‌ای سریع بدود تا بتواند محدودیت سرعت کیهانی را بشکند. زمان همیشه برای محافظت از محدودیت سرعت سرعت خود را کاهش خواهد داد."

به گزارش مهر، هاوکینگ می گوید: "این ماهیت چگونگی ممکن بودن سفر به آینده است. تصور کنید فضاپیما ایستگاه خود را در اول ژانویه 2050 میلادی ترک کند و به مدت 10 سال در مدار زمین به حرکت سریع خود ادامه دهد و سرانجام در اول ژانویه سال 2150 متوقف شود. در این مدت زمانی مسافران این فضاپیما تنها یک هفته سفر کرده اند زیرا زمان درون فضاپیما به شدت به کندی سپری شده است و تصور کنید زمان بازگشت به زمین با چه جهان متفاوتی مواجه خواهند شد، در واقع در عرض یک هفته این افراد به 100 سال بعد سفر کرده‌اند."

"در حال حاضر

” سیاهچاله تاثیر قابل توجهی بر روی زمان دارد و می‌تواند سرعت آن را بیشتر از هر چیز دیگری در کهکشان کاهش دهد. “

سریع‌ترین جنبش‌ها در تونل بزرگ شتاب‌دهنده ذره‌ای سرن صورت می‌گیرد. زمانی که این شتاب‌دهنده آغاز به کار می‌کند شتاب در کسری از ثانیه از صفر به 96 هزار و 560 کیلومتر بر ساعت می‌رسد و با افزایش نیرو سرعت ذرات نیز افزایش پیدا خواهد کرد تا زمانی که ذرات 11 هزار بار در ثانیه مسیر تونل را طی کرده و باز می گردند، سرعتی که نزدیک به سرعت نور است. در واقع این ذرات می‌توانند به 99.99 درصد از سرعت نور دست پیدا کنند که در این صورت سفر در زمان را آغاز خواهند کرد. ما این واقعیت را با کمک ذرات عجیبی به نام "پیمسون‌ها" دریافته ایم زیرا طول عمر این ذرات به شدت کوتاه و در حدود 25 بیلیونیوم از ثانیه است اما زمانی که شتاب و سرعت آنها به این حد دست پیدا می کند، طول عمر آنها نیز 30 بار بیشتر می‌شود.

" برای اعمال چنین شتاب و سرعتی برای انسان باید در فضا بود. این در حالی است که سریعترین سفر فضایی انسانها سفر آپولو 10 با سرعت 40 هزار و 233 کیلومتر بر ساعت بوده است. برای سفر به زمان باید با سرعتی 10 برابر این سرعت در فضا حرکت کرد و برای عملی شدن آن به فضاپیمایی بسیار بزرگتر نیاز خواهد بود تا بتوان با کمک آن مقادیر زیادی سوخت برای تامین انرژی مورد نیاز چنین سرعتی حمل شود. ما در تئوری تنها می‌توانیم در طول عمر خود یکبار به سفری بسیار دوردست برویم، سفری کوتاه به مرز کهکشان راه شیری به تنهایی به 80 سال زمان نیاز خواهد داشت."

[ چهارشنبه دوازدهم بهمن 1390 ] [ 14:31 ] [ معید جعفری ممتاز ]

.: Weblog Themes By Iran Skin :.

درباره وبلاگ

آرشيو مطالب

لینک های مفید

امکانات وب