شکست موج

در امواج دوبعدی (مانند امواج روی آب) و سه بعدی (امواج الكترومغناطيس) با عبور موج از يک مرز و ورود آن به محيط ديگر، تندی موج تغيير می كند و موجب تغيير جهت موج می گردد كه به آن شكست موج گفته می شود.

بررسی علت شكست موج در آب

همان طور كه قبل تر گفته شد تندی موج در سطح آب به عمق آب بستگی دارد. در تشت موج، با ورود موج به بخش كم عمق آب، تندی امواج سطحی كاهش می يابد. در حقيقت آن بخش كه زودتر به ناحيه ی كم عمق می رسد، چون با تندی كم تر حركت می كند از بقيه ی موج كه هنوز وارد اين ناحيه نشده، عقب می افتد و مطابق شكل در مرز دو ناحيه تغيير جهت می دهد. (اين مطلب را می توان در نزديک شدن امواج به يک ساحل شيب دار مشاهده كرد، درست مانند تغيير مسير يک اسباب بازی چرخ دار كه از كف صاف اتاق وارد قاليچه ای می شود(

حالت های مختلف شكست با نمودار پرتويی

1) در صورتی كه موجی از محيطی با تندی كم تر به محيطی با تندی بيش تر برود زاويه ی شكست \({\theta _2}\) بزرگ تر از زاويه ی تابش \({\theta _1}\) می شود.

2) در صورتی كه موجی از محيطی با تندی بيش تر به محيطی با تنديی كم تر برود زاويه ی شكست \({\theta _2}\) كوچک تر از زاويه ی تابش \({\theta _1}\) می شود.

قانون عمومی شكست

نسبت سينوس زاويه شكست در محيط دوم (\({\theta _2}\)) به سينوس زاويه تابش در محيط اول (\({\theta _1}\))، برابر نسبت تندی انتشار در محيط دوم به تندی انتشار در محيط اول است:

\(\frac{{{\mathop{\rm Sin}\nolimits} {\theta _2}}}{{{\mathop{\rm Sin}\nolimits} {\theta _1}}} = \frac{{{V_2}}}{{{V_1}}}\)

ضريب شكست

برای يک پرتوی نور، نسبت تندی نور در خلأ به تندی نور در يک محیط، ضريب شكست آن محيط است:

\(n = \frac{C}{V}\)

C تندی نور در خلا (\(3 \times {10^8}\frac{m}{s}\) )

V تندی نور در يک محيط شفاف (\(\frac{m}{s}\) )

N ضريب شكست محيط شفاف

قانون شكست اسنل

رابطه ی زير كه مربوط به شكست نور و ضريب شكست است، قانون اسنل ناميده می شود:

\({n_1}{\mathop{\rm Sin}\nolimits} {\theta _1} = {n_2}{\mathop{\rm Sin}\nolimits} {\theta _2}\)

بيش تر روابطی كه در رابطه با شكست نور نوشته شده است را می توان در رابطه ی زير خلاصه نمود:

\(\frac{{{\mathop{\rm Sin}\nolimits} {\theta _2}}}{{{\mathop{\rm Sin}\nolimits} {\theta _1}}} = \frac{{{n_1}}}{{{n_2}}} = \frac{{{V_2}}}{{{V_1}}} = \frac{{{\lambda _2}}}{{{\lambda _1}}}\)

عمق ظاهری

هنگامی كه از يک محيط شفاف به محيط شفاف ديگر نگاه می كنيم ، اجسام داخل محيط دوم در عمق بيش تر يا كم تر از مكان واقعی خود مشاهده می شوند كه در دوحالت زير می توان برای آن محاسبه انجام داد:

1) اگر ازمحيط رقيق تر به محيط غليظ تر نگاه كنيم، اجسام را در عمق كمتر از مكان واقعی خود می بينيم:

2) اگر از محيط غليظ تر به محيط رقيق تر نگاه كنيم: اجسام را در عمق می بینیم:

سراب

در روز های گرم، سطح زمين داغ است. از طرفی، چگالی هوا با افزايش دما كاهش می يابد كه اين سبب كاهش ضريب شكست نيز می شود. با پايين آمدن هر چه بيش تر پرتوها، آن ها با ضريب شكست كمتر و كمتری مواجه می شوند و در هر مرحله با دور شدن از خط عمود، بيشتر و بيشتر به سمت افق خم می شوند. وقتی پرتوها در نزديكی زمين تقريبا افقی می شوند، به سمت بالا خم بر می دارند زيرا بخش پايينی هر جبهه ی موج در هوای كمی گرم قرار دارد و بنابراين كمی تند تر از بخش بالايی جبهه ی موج حركت می كند و اين تفاوت رفتار دو قسمت جبهه های موج ، موجب خم شدن رو به بالای پرتوهای موج می شود، زيرا پرتوهای موج بايد همواره عمود بر جبهه های موج باشند. وقتی پرتوها رو به بالا می روند به خم شدن رو به بالای خود ادامه می دهند، زيرا اكنون مدام با محيط هايی با ضريب شكست های بزرگ و بزرگ تر مواجه می شوند و در هر مرحله با نزديک شدن به خط عمود، بيش تر و بيش تر رو به بالا خم می شوند. اگر بخشی از اين نور به چشم ما برسد، به نظر می آيد كه منشأ اين نور از امتداد رو به عقب پرتوهايی است كه به چشم ما رسيده اند و اين احساس را ايجاد می كنند كه گويی از سطح زمين آمده اند.

پاشندگی نور

وقتی باريكه ی نوری شامل پرتوهايی با طول موج های مختلف باشد، اين پرتوها هنگام عبور از مرز دو محيط در زاويه های مختلفی شكسته می شوند. به اين پخش شدگی نور، پاشندگی نور می گويند. (دليل اين پديده آن است كه ضريب شكست يک محيط برای طول موج های مختلف، يكسان نيست و هر رنگی كه طول موج كم تری دارد ضريب شكست بيش تری داشته و انحراف بيش تری پيدا می كند.) تصوير زير پاشندگی نور سفيد را در يک منشور نشان می دهد:

پراش موج

هنگامی كه موج از يک شكاف با پهنايی از مرتبه ی طول موج عبور می كند، به اطراف گسترده می شود، به اين پديده پراش موج گفته می شود.

نقش پراش

اگر پراش نوری تكفام از يک شكاف باريک يا لبه ای تيز را روی يک پرده ملاحظه كنيم، همواره نوارهای تاريک و روشنی مشاهده می كنيم كه به آن نقش پراش گفته می شود. به طور مثال تصوير زير نقش پراش نوری تكفام را نشان می دهد كه از لبه های يک تيغ عبور می كند.