منشور نور را میشکند: زاویهٔ انحراف
1 · پیشبینی
نورِ وارد منشور شیشهای در هر وجه میشکند و منحرفشده بیرون میآید. آیا تغییر زاویهٔ تابش در وجه اول همیشه انحراف کل را در همان جهت تغییر میدهد؟
- انحراف همیشه با زیادشدن زاویهٔ تابش زیاد میشود.
- نه — انحراف در واقع در زاویهٔ تابش مشخصی کمینه دارد، نه روند سادهٔ افزایشی یا کاهشی.
- انحراف همیشه با زیادشدن زاویهٔ تابش کم میشود.
2 · آمادهسازی
- پیشتنظیمی white-light-prism را باز کنید و Reset را بفشارید. این منشور شیشهٔ تاج دارای زاویهٔ رأس A = 60° و ضریب n = 1.5 است.
- قرائت انحراف کل را فعال کنید.
- زاویهٔ تابش در وجه اول را برای هر آزمایش تنظیم کنید و انحراف کل را ثبت کنید.
3 · گردآوری داده
| زاویهٔ تابش θ₁ (°) | انحراف کل δ (°) |
|---|---|
| 38.00 | |
| 48.00 | |
| 58.00 |
برای سه آزمایش، انحراف δ (محور y) را بر حسب زاویهٔ تابش θ₁ (محور x) رسم کنید. آیا δ وسطها به کمینهای میرسد؟
4 · تحلیل
- برای یک آزمایش، θ₂ = asin(sin θ₁/n) را حساب کنید (اسنل روی وجه اول)، سپس θ₃ = A − θ₂ (هندسهٔ منشور)، سپس θ₄ = asin(n·sin θ₃) (اسنل روی وجه دوم)، سپس δ = θ₁ + θ₄ − A. با جدول مقایسه کنید.
- توضیح دهید چرا انحراف تابع یکنواخت سادهای از زاویهٔ تابش نیست — هندسهٔ منشور (شکست در «دو» وجه) کمینهای حقیقی در زاویهٔ گذر متقارن میسازد که آزمایش کمینهانحراف مستقیماً میکاودش.
5 · گسترش
- نور سفید طول موجهای فراوانی دارد که هر یک ضریب شکست کمی متفاوتی دارند (پراکندگی) — پس هر رنگ بهاندازهٔ کمی متفاوت منحرف میشود و نور سفید به طیفی مرئی باز میشود. این آزمایش یک ضریب نمایندهٔ واحد به کار میبرد؛ نور سفید واقعی به رنگینکمان میشکافد.
- رنگینکمان از شکست و بازتاب درونی نور خورشید درون قطرههای باران کروی ساخته میشود — هندسهای پیچیدهتر از این منشور رویهتخت، اما با دقیقاً همان اصل شکستِ وابسته به طول موج (پراکندگی).
فیزیک پشت این آزمایش
انحراف منشور
پرویی که از منشور میگذرد در هر دو وجه شکست مییابد. انحراف کل هر دو خمیدگی و زاویهٔ رأس خود منشور را ترکیب میکند: δ = θ₁ + θ₄ − A که در آن θ₂ و θ₄ از قانون اسنل در هر وجه به دست میآیند.