خلاصه درس فصل ۱۵ علوم هشتم؛ درسنامه و نکات مهم

نور در یک محیط شفاف یکنواخت، مانند هوا، در مسیر مستقیم پیش می‌رود. اما وقتی به مرز دو محیط شفاف متفاوت، مثل هوا و شیشه، می‌رسد، جهت تابش اهمیت پیدا می‌کند. اگر نور مایل به این مرز برسد، مسیرش تغییر می‌کند؛ این همان شکست نور است.

یک حالت مهم را جدا به خاطر بسپار: اگر نور عمود بر سطح بتابد، بدون تغییر جهت به مسیر خود ادامه می‌دهد. برای تصور این حالت، خطی را در نظر بگیر که درست بر سطح شیشه عمود است و پرتو روی همان خط حرکت می‌کند. پس هر عبوری از هوا به شیشه، لزوماً با تغییر جهت همراه نیست. در آزمایش کتاب، چرخاندن تیغه باعث می‌شود تابشِ عمودی به تابشِ مایل تبدیل شود.

برای تشخیص جهت شکست، ابتدا در محل برخورد نور، خط عمود بر سطح را در ذهن رسم کن. این خط یک راهنمای فرضی است، نه بخشی از وسیلهٔ آزمایش. نزدیک‌شدن یا دورشدن نور را نسبت به همین خط می‌سنجیم، نه نسبت به خود سطح.

در مقایسهٔ هوا و شیشه، هوا محیط رقیق و شیشه محیط غلیظ نامیده می‌شود؛ منظور در اینجا رفتار نوری این دو محیط است. وقتی نور مایل از هوا وارد شیشه می‌شود، به خط عمود نزدیک می‌شود. برعکس، وقتی مایل از شیشه به هوا می‌رود، از خط عمود دور می‌شود. بنابراین برای پیش‌بینی مسیر، اول بپرس «نور از کدام محیط به کدام محیط می‌رود؟» و بعد جهت شکست را تعیین کن.

حالا به معمای سکه برگردیم. برای دیدن سکه، باید نور از آن به چشم برسد. وقتی کاسه خالی است و کمی عقب می‌روی، لبهٔ کاسه جلوی مسیر نور به چشم را می‌گیرد؛ به همین دلیل سکه دیده نمی‌شود.

اگر بدون تغییر جای سر، آرام در کاسه آب بریزی، نورِ رسیده از سکه هنگام عبور از آب به هوا می‌شکند. این تغییر مسیر باعث می‌شود نور بتواند به چشم تو برسد و سکه دوباره دیده شود. سکه بالا نیامده است؛ مسیر نور تغییر کرده است. اگر این فعالیت را انجام می‌دهی، کاسه و سکه را ثابت نگه دار و سرت را جابه‌جا نکن تا مطمئن شوی دیده‌شدن دوبارهٔ سکه به افزودن آب مربوط است.

منشور یک جسم شفاف شیشه‌ای یا پلاستیکی است که قاعدهٔ آن معمولاً شکل مثلث دارد. وجه‌هایی که نور از آن‌ها وارد و خارج می‌شود، در آزمایش کتاب با هم موازی نیستند. باریکهٔ نور پس از عبور از منشور، در جهتی متفاوت از امتداد اولیهٔ خود حرکت می‌کند.

برای دنبال‌کردن مسیر، دو مرز را جدا بررسی کن: در ورود مایل از هوا به منشور، نور به خط عمود نزدیک می‌شود؛ در خروج مایل از منشور به هوا، از خط عمود دور می‌شود. هر وجه، خط عمود مخصوص خودش را دارد. پس نباید خط عمودِ وجه ورودی را برای وجه خروجی هم به کار ببری. می‌توان نور خروجی را روی کاغذ سفید دنبال کرد؛ اگر آزمایش با لیزر انجام می‌شود، هرگز آن را به چشم کسی نتابان.

منشور یک قطعهٔ شفاف است؛ یعنی نور می‌تواند از آن عبور کند. منشوری که اینجا بررسی می‌کنیم، قاعده‌های مثلثی و وجه‌های کناری غیرموازی دارد. قاعده را با وجهی که نور به آن می‌تابد اشتباه نگیر: در آزمایش کتاب، منشور روی قاعدهٔ مثلثی قرار می‌گیرد و نور به یکی از وجه‌های کناری می‌تابد. برای شناختن شکل آن، یک بستهٔ شفاف با دو سر مثلثی را تصور کن. شفاف بودن منشور مهم است، چون می‌خواهیم مسیر نور را هنگام عبور از آن بررسی کنیم، نه فقط بازتاب نور از سطحش را.

حالا مسیر یک باریکهٔ نور را دنبال کن. وقتی نور به‌طور مایل از هوا وارد منشور می‌شود، به خط عمود نزدیک می‌شود. هنگام خروج مایل از منشور به هوا، از خط عمود دور می‌شود. خط عمود یک خط فرضی است که در محل برخورد، بر همان سطح عمود رسم می‌کنیم؛ پس برای سطح ورود و سطح خروج، خط عمود جداگانه داریم. چون وجه‌های ورود و خروج منشور موازی نیستند، مسیر نهایی نور با مسیر اولیه‌اش فرق می‌کند. برای تشخیص این تغییر، مسیر نور ورودی را در ذهن مستقیم ادامه بده و با مسیر واقعی نور خروجی مقایسه کن. اگر آزمایش می‌کنی، هرگز نور لیزر را به چشم خودت یا دیگران نتابان.

اگر به‌جای یک باریکهٔ تک‌رنگ، باریکه‌ای از نور سفید به منشور بتابانیم، روی پردهٔ سفید رنگ‌های جدا از هم می‌بینیم. نور سفید آمیزه‌ای از نورهای رنگی است و منشور آن‌ها را تولید نمی‌کند. رنگ‌ها در منشور به یک اندازه شکسته نمی‌شوند؛ به همین دلیل از هم جدا می‌شوند. نام این پدیده پاشندگی نور است و مجموعهٔ رنگ‌های حاصل را طیف نور سفید می‌نامیم. ترتیب رنگ‌ها از قرمز تا بنفش چنین است: قرمز، نارنجی، زرد، سبز، آبی، نیلی و بنفش. در مقایسه با امتداد مسیر اولیه، قرمز کمترین و بنفش بیشترین انحراف را دارد. این‌ها همان رنگ‌هایی هستند که در رنگین‌کمان هم می‌بینی. برای بهتر دیدن طیف در آزمایش، پردهٔ سفید و محیط نسبتاً تاریک کمک می‌کنند.

عدسی قطعه‌ای شفاف است که نور از آن عبور می‌کند و در سطح‌های آن می‌شکند؛ عینک و ذره‌بین نمونه‌های آشنای کاربرد آن هستند. برای شناخت دو نوع اصلی عدسی، ضخامت وسط و لبه‌ها را مقایسه کن.

اگر وسط ضخیم‌تر از لبه‌ها باشد، عدسی «همگرا» یا «کوژ» است. اگر لبه‌ها ضخیم‌تر از وسط باشند، عدسی «واگرا» یا «کاو» است. پس برای تشخیص نوع عدسی، فقط به گردبودن آن نگاه نکن؛ هر دو نوع ممکن است از روبه‌رو گرد دیده شوند. شکل آن از کنار، سرنخ بهتری به تو می‌دهد.

پرتوهای خورشید وقتی به ذره‌بین می‌رسند، تقریباً موازی‌اند. ذره‌بین یک عدسی همگراست و این پرتوها را پس از شکست، به یک ناحیهٔ کوچک می‌رساند. در آزمایش کتاب، با تغییر فاصلهٔ ذره‌بین و مقوا، لکهٔ روشن کوچک و بزرگ می‌شود. کوچک‌ترین لکهٔ روشن، محل کانون را نشان می‌دهد.

فاصلهٔ وسط عدسی تا این محل، «فاصلهٔ کانونی» است. پس کانون یک محل است، ولی فاصلهٔ کانونی یک طولِ قابل اندازه‌گیری با خط‌کش است. هر لکهٔ بزرگی روی مقوا نشانهٔ رسیدن به کانون نیست.

ایمنی: هرگز از پشت عدسی به خورشید نگاه نکن؛ نور متمرکز می‌تواند به چشم آسیب بزند و مواد را بسوزاند. اجرای آزمایش باید با نظارت بزرگ‌تر باشد.

عدسی‌های عینک برای همهٔ افراد یکسان نیستند؛ باید با مشکل دید فرد هماهنگ باشند. فرد نزدیک‌بین در دیدن اجسام دور مشکل دارد و برای اصلاح این مشکل از عدسی واگرا استفاده می‌شود. فرد دوربین در دیدن اجسام نزدیک مشکل دارد و عدسی همگرا به اصلاح دید او کمک می‌کند.

برای به‌خاطر سپردن این تفاوت، نام عیب را با چیزی که فرد بهتر می‌بیند ارتباط بده: نزدیک‌بین معمولاً نزدیک را بهتر از دور می‌بیند، نه اینکه در دیدن نزدیک مشکل داشته باشد. البته انتخاب عینک مناسب کار متخصص است و تنها با امتحان‌کردن عینک دیگران نمی‌توان نیاز چشم را تشخیص داد.

حالا دلیل نام‌گذاری عدسی‌ها را با دنبال‌کردن نور پیدا کن. یک دسته پرتو موازی را در نظر بگیر: پس از عبور از عدسی همگرا، پرتوها به یکدیگر نزدیک می‌شوند؛ پس از عبور از عدسی واگرا، از یکدیگر فاصله می‌گیرند. در هر دو حالت، تغییر مسیر بر اثر شکست نور رخ می‌دهد، نه بازتاب از یک آینه.

عدسی واگرا ویژگی دیگری هم دارد که می‌توان هنگام نگاه‌کردن به یک جسم از پشت آن دید: تصویر جسم کوچک‌تر و مستقیم است. مستقیم یعنی تصویر نسبت به جسم وارونه نشده است. با تغییر فاصلهٔ یک جسم واقعی از عدسی واگرا، این دو ویژگی همچنان حفظ می‌شوند.

تلسکوپ به چشم کمک می‌کند اجرام آسمانی را بهتر بررسی کند. در تلسکوپ شکستی، عدسی شیئی نور را جمع می‌کند و عدسی چشمی برای مشاهده به کار می‌رود؛ در نمونهٔ معرفی‌شدهٔ کتاب، فاصلهٔ کانونی شیئی بیشتر از چشمی است. در تلسکوپ بازتابی، آینهٔ اصلی نور را جمع می‌کند. تلسکوپ رصدخانهٔ ملی ایران نیز از نوع بازتابی است.

نکتهٔ مهم فقط نوع تلسکوپ نیست: هرچه قطر دهانه بیشتر باشد، نور بیشتری جمع می‌شود. توانایی جمع‌آوری نور با مربع قطر متناسب است؛ یعنی برای مقایسه، نسبت قطرها را در خودش ضرب می‌کنیم. بنابراین افزایش قطر، اثری بیشتر از یک افزایش ساده و هم‌اندازه بر جمع‌آوری نور دارد.