تمرین - ۴۵ آخر فصل سوم فیزیک دوازدهم -
در شکلهای زیر، پرتوی فرودی که شامل نورهای قرمز و آبی است از شیشه وارد هوای رقیق شده است. کدام شکل، شکستی را نشان میدهد که از لحاظ فیزیکی ممکن است؟
پاسخ تشریحی و گام به گام تمرین ۴۵ آخر فصل سوم فیزیک دوازدهم
سلام! این سوال به دو پدیده مهم **شکست** و **پاشندگی نور** مربوط میشه. برای پیدا کردن شکل درست، باید دو قانون رو با هم در نظر بگیریم.
**قانون اول: جهت کلی شکست**
* نور از محیط **غلیظ (شیشه)** وارد محیط **رقیق (هوا)** میشود.
* قاعده کلی این است که در این حالت، نور باید از **خط عمود** بر سطح، **دور شود**. (یعنی زاویه شکست بزرگتر از زاویه تابش است).
* با این قانون، میتوانیم گزینههای **(ب)** و **(ت)** را فوراً **حذف کنیم**. در گزینه (ب) نور به سمت خط عمود خم شده و در گزینه (ت) اصلاً شکستی رخ نداده و مسیر مستقیم است.
**قانون دوم: پاشندگی نور (Dispersion)**
* ضریب شکست یک ماده (مثل شیشه) برای رنگهای مختلف نور، کمی متفاوت است. به طور کلی برای نور مرئی:
$n_{بنفش} > n_{آبی} > n_{سبز} > n_{زرد} > n_{قرمز}$
* این یعنی ضریب شکست شیشه برای **نور آبی**، **بیشتر** از ضریب شکست آن برای **نور قرمز** است ($n_{آبی} > n_{قرمز}$).
* طبق قانون اسنل ($n_1 \sin\theta_1 = n_2 \sin\theta_2$)، هر چه ضریب شکست اولیه ($n_1$) بزرگتر باشد، انحراف نور نیز بیشتر خواهد بود. در اینجا، چون نور آبی در شیشه ضریب شکست بیشتری دارد، هنگام خروج از شیشه و دور شدن از خط عمود، **بیشتر از نور قرمز منحرف میشود**.
* به عبارت دیگر، **زاویه شکست نور آبی، بزرگتر از زاویه شکست نور قرمز خواهد بود** ($\theta_{r, آبی} > \theta_{r, قرمز}$).
**بررسی گزینههای باقیمانده:**
* **گزینه (الف):** در این شکل، هر دو نور از خط عمود دور شدهاند (صحیح). اما **نور قرمز بیشتر از نور آبی** منحرف شده است (زاویه شکست قرمز بزرگتر است). این با قانون پاشندگی **مغایرت دارد**. پس این گزینه **غلط** است.
* **گزینه (پ):** در این شکل، هر دو نور از خط عمود دور شدهاند (صحیح). همچنین، **نور آبی بیشتر از نور قرمز** منحرف شده است (زاویه شکست آبی بزرگتر از زاویه شکست قرمز است). این دقیقاً با هر دو قانون شکست و پاشندگی **مطابقت دارد**.
**پاسخ نهایی:**
شکل **(پ)** تنها شکلی است که از لحاظ فیزیکی ممکن است.
تمرین - ۴۷ آخر فصل سوم فیزیک دوازدهم -
دو دانش آموز به نور زرد نگاه میکنند. یکی از آنها نور زرد را ترکیب دو نور قرمز و سبز و دیگری آن را از یک نوع رنگ میداند. به نظر شما با چه تجربهای میتوان بین این دو نظر، یکی را انتخاب کرد؟
پاسخ تشریحی و گام به گام تمرین ۴۷ آخر فصل سوم فیزیک دوازدهم
سلام! این یک سوال مفهومی بسیار جالب در مورد ماهیت نور و رنگ است. مغز ما میتواند نور زرد را به دو روش درک کند، اما از لحاظ فیزیکی این دو حالت کاملاً متفاوت هستند. راه تشخیص آنها استفاده از پدیده **پاشندگی نور** است.
**تجربه پیشنهادی: استفاده از یک منشور**
بهترین و قطعیترین راه برای تشخیص بین این دو حالت، عبور دادن نور زرد مورد نظر از یک **منشور** است.
**تحلیل دو حالت ممکن:**
1. **حالت اول: نور زرد حاصل از ترکیب نور قرمز و سبز**
* در این حالت، چیزی که ما به عنوان نور زرد میبینیم، در واقع ترکیبی از دو موج الکترومغناطیسی مجزا با طول موجهای متفاوت (یکی در محدوده قرمز و دیگری در محدوده سبز) است. به این روش تولید رنگ، **ترکیب افزایشی** میگویند.
* **نتیجه آزمایش با منشور:** منشور باعث **پاشندگی نور** میشود، یعنی امواج با طول موجهای مختلف را با زوایای متفاوتی میشکند. ضریب شکست شیشه برای نور سبز کمی بیشتر از نور قرمز است، بنابراین نور سبز بیشتر از نور قرمز منحرف میشود. وقتی این نور ترکیبی از منشور عبور کند، به دو جزء اصلی خود یعنی **یک لکه نور قرمز** و **یک لکه نور سبز** تجزیه خواهد شد.
2. **حالت دوم: نور زرد خالص (تکرنگ یا مونوکروماتیک)**
* در این حالت، نور واقعاً از یک نوع موج الکترومغناطیسی با طول موجی در محدوده نور زرد (حدود ۵۷۰ تا ۵۹۰ نانومتر) تشکیل شده است. این نور، مانند نور ساطع شده از لامپهای سدیم، یک رنگ خالص است.
* **نتیجه آزمایش با منشور:** وقتی این نور خالص از منشور عبور میکند، **تجزیه نمیشود**، زیرا فقط یک طول موج در آن وجود دارد. منشور تنها مسیر آن را **منحرف** میکند (میشکند)، اما در خروجی همچنان **یک لکه نور زرد** خواهیم دید.
**نتیجهگیری:**
با انجام این آزمایش ساده، میتوان به راحتی تشخیص داد که کدام دانشآموز درست میگوید. اگر نور پس از عبور از منشور به رنگهای قرمز و سبز تجزیه شد، نظر دانشآموز اول صحیح است. اگر نور فقط منحرف شد و همچنان زرد باقی ماند، نظر دانشآموز دوم صحیح است.
