علت شکست نور در منشور چیست؟

ستاره | سرویس علوم – نور‌ سفید یا همان نور مرئی، از چند رنگ تشکیل شده است که جدایی این رنگ‌ها، به وسیله منشور ممکن می‌شود. قرمز، آبی، نارنجی، زرد، سبز و بنفش رنگ‌های تشکیل دهنده نور سفید هستند. به این عمل که رنگ‌های تشکیل دهنده نور را از هم جدا کرده، پاشندگی نور نیز می‌گویند. به علت تفاوت در طول موج رنگ‌ها، پس از گذشتن از منشور از یکدیگر فاصله می‌گیرند. به این پدیده “شکست نور در منشور” گفته می‌شود.

وقتی که نوری به جسمی می‌تابد و موج‌های نور جذب اتم‌های آن ماده شده و باعث افزایش انرژی اتم‌های آن می‌گردد، این انرژی باعث ایجاد نوسان در حرکت الکترون‌ها می‌شود. اگر فرکانس موج نور که بر اتم می‌تابد با فرکانس رزونانس نوسان الکترون همخوانی نداشته باشد، آنگاه نور با همان بسامد که تابیده شد دوباره از اتم بازتاب می‌گردد.

این اتم‌ها که موج گسیل می‌کنند، موج‌های بازتاب شده توسط اتم‌های دیگر را جذب و سپس گسیل می‌کند. این فرآیند را جذب و گسیل می‌نامند. اگر به صورت دقیق در اتم ریز بشویم، می‌بینیم که در واقع چگالی نوری همان میزان نگهداری انرژی نور در الکترون‌های خود به صورت نوسان است. نور با سرعت وارد اتم‌های ماده شده و با سرعت کمتری نسبت به قبل از آن خارج می‌شود. ماده‌ای که چگالی نوری بالاتری داشته باشد، اتم‌های آن نور را بیشتر در اتم‌های خود نگه می‌دارند و نوری که بازتاب می‌کنند با سرعت کمتری است.

فرآیند جذب و گسیل برای موج‌هایی با بسامد بالاتر (طول موج کمتر) مثل نور بنفش سبب می‌شود پس از ورود به داخل جسمی مانند شیشه با سرعت کمتری نسبت به نور قرمز حرکت می‌کند. به دلیل تفاوت در مقادیر ضریب شیشه برای بسامد‌های مختلف، عمل پاشیدگی نور صورت می‌گیرد.

نور قرمز به دلیل سرعت بیشتر در شیشه مانده، فرآیند جذب و گسیل کمتر طول کشیده و به همین دلیل نور کم‌تر شکسته شده و بالاتر از بقیه گسیل می‌گردد. در اوایل ورود نور به منشور کمتر عمل پاشیدگی صورت گرفته، اما وقتی خارج می‌شود پاشیدگی به صورت کامل صورت گرفته می‌شود و پاشیدگی به راحتی قابل مشاهده است.

به میزان شکستگی نور‌هایی که از منشور خارج می‌شود به صورت کلی شکسته می‌گردند، زاویه انحراف می‌گویند و با دلتا نمایش داده می‌شوند. زاویه انحراف همان اختلاف زاویه‌ای بین نور تابیده شده بر منشور و نوری که پس از عبور از یک وجه منشور منحرف شده است. زاویه انحراف برای طیف‌های مختلف نور سفید فرق دارد، به صورتی که مقدار خمیدگی برای طیف‌های مختلف نور سفید که در طول موج‌های متفاوت است، فرق می‌کند. زاویه‌ی انحراف برای طول موج‌های مختلف، متفاوت است.

هرچه طول موج کوتاه باشد زوایه انحراف بیشتر است. این اختلاف زاویه انحراف باعث ایجاد پدیده پاشیدگی نور به صورت دسته دسته است. اگر یک کاغذ سیاه را سوراخ کرده و یک دسته نور به آن بتابانیم به صورتی که یه باریکه نور از آن عبور کند و در مسیر نور یک منشور قرار دهیم، نور پس از وارد شدن به سمت خط عمود شکسته شده و پس از عبور آن به محض خارج شدن از خط عمود دور می‌شود.

وقتی نور وارد منشور می‌شود، در ابتدا پاشیدگی کمتر است، ولی وقتی در حال خارج شدن از منشور است پاشیدگی به بیشترین میزان خود می‌رسد. با شکسته‌تر شدن نور اختلاف بین سرعت بین رنگ‌های بنفش و قرمز بیشتر شده و از یکدیگر دور‌تر می‌گردند.