هیجان با نور و لیزر
آب چه تاثیری بر طرح پراش یک توری دارد؟ (بررسی شکست نور و ضریب شکست با استفاده از پراش)



آب چه تاثیری بر طرح پراش یک توری دارد؟

پراش و شکست نور (اندازه گیری ضریب شکست با استفاده از پراش)

 

 

 

مقدمه:

توری پراش نوعی قطعه ی اپتیکی است که از خطوطی ریز و نزدیک تاریک و روشن و یا از پستی و بلندیهای شفافی تشکیل شده و طبق نظریه ی پراش، طول موجهای مختلف را جدا می کند. در توریهای عبوری، نور هنگام عبور از توری با رابطه زیر پراشیده خواهد شد:

a = m λ/ sinθ

که دراین رابطه  a گام توری و  θ زاویه پراش مرتبه m ، یعنی m امین لکه روشن نور روی پرده نسبت به راستای اولیه نور است. بنابراین در پراش نور در عبور از توری، بسته به طول موج نور و تعداد خطوط توری، بخشی از نور در امتداد اولیه ادامه مسیر می دهد که مرتبه صفرم پراش است و بخشهای دیگر نسبت به امتداد اولیه زاویه های متفاوتی پیدا می کنند و مراتب بالا تر را تشکیل می دهند. زاویه انحراف بسته به مرتبه پراش متفاوت بوده و به طول موج نور نیز بستگی دارد. از سوی دیگر طول موج نور به ضریب شکست محیط وابسته است، بنابراین میتوان نتیجه گرفت که وقتی پرتو پس از پراش از توری وارد یک مایع شود، زاویه آن تغییر میکند. با استفاده از نسبت دو طول موج مربوط به نور لیزر در هوا و آب می­توان ضریب شکست آب را تعیین کرد. در این آزمایش با استفاده از پراش، ضریب شکست آب تعیین می­شود

 

هدف:

در این آزمایش قصد داریم یک توری پراش با تعداد شیارهای معلوم را در ظرف آب قرار داده و با اندازه گیری زاویه پراش مرتبه اول و مقایسه آن با مقدار زاویه در هوا، ضریب شکست آب را محاسبه نماییم.

 

چه می خواهیم انجام دهیم و به چی نیاز داریم:

برای اندازه گیری زاویه پراش یک توری در آب و محاسبه ضریب شکست آن، به اقلام زیر نیاز داریم:

- لیزر با پایه مناسب

- توری پراش با تعداد شیارهای معلوم

- آکواریوم

- کاغذ شطرنجی

 

برای انجام علمی تر آزمایش و افزایش دقت این روشها به شما کمک می کند:

اندازه گیری زاویه

 

آزمایش (مقدماتی):

- آکواریوم را به شکلی مقابل لیزر قرار دهید که پرتوهای بازتاب حاصل از برگشت نور از سطح آکواریوم دوباره به سمت منبع لیزر برگردد.

- یک توری پراش ارزان قیمت در سطح داخلی آکواریوم در مسیر پرتو بچسبانید بطوریکه این صفحه پراش در هر اینچ دارای 13400شیار باشد.

- یک صفحه کاغذ مخصوص رسم نیز به روی دیواره خارجی که در مقابل لیزر قرار گرفته بچسبانید.

- هنگامی که در آکواریوم فقط هوا وجود دارد لیزر روشن کرده و لیزر و توری را به گونه ای تنظیم کنید که پراش مرکزی (مرتبه صفر) در وسط کاغذ (وسط دیواره مقابل) باشد و نقاط پراش به طور متقارن دو طرف قرار داشته باشند. نقطه پراش مرکزی (مرتبه صفر) و اولین نقطه پراش (پراش مرتبه 1) را علامت گذاری کنید.

- فواصل L فاصله توری تا پرده (به عبارتی طول آکواریوم) و D فاصله مرکز نقاط پراش تا اولین پراش را اندازه بگیرید. در این صورت Sin θ1 در رابطه بالا برابر است با D/L و m=1 و طول موج لیزر نیز مشخص است. با استفاده از رابطه بالا فاصله خطوط توری پراش را بدست آورید.

- سپس آکواریوم را بقدری از اب پر کنید که روی توری پراش را بپوشاند.

 

 

 


- می بینید که خط مرتبه اول از نقطه پراش مرتبه اول جابجا می شود. این مسئله ناشی از کوتاهتر شدن طول موج می باشد.

- حال در رابطه بالا Sin θ2  را برای نقطه جدید بدست آورید. از آنجا که در رابطه بالا فاصله شیارهای توری تغییر نمی کند، فقط طول موج میتواند تغییر کرده باشد. طول موج جدید را بدست آورید.

- ضریب شکست مایع برابر است با طول موج نور در هوا تقسیم بر طول موج نور در مایع. آن را بدست اورید.

 

به چه کار می آید:

اندازه گیری تغییرات در ضریب شکست مایعات

 

سؤال پیشنهاد ونکته:

-       فکر می کنید دقت اندازه گیری تغییر در ضریب شکست به چه عواملی بستگی دارد؟

-       چطور می توان دقت را افزایش داد؟

-       اگر مایع تغییر تدریجی ضریب شکست داشته باشد می توانید این تغییرات را ثبت کنید.

-       از این پدیده در کوپل کردن نور در موجبر استفاده می شود. می توانید در مورد آن تحقیق کنید.

 

آزمایشهای مرتبط:

آب کدام لیوان شیرین تر است؟

چگونه می توان فاصله شیارهای توری پراش را اندازه گرفت؟

 

بیشتر بدانید:

پراش - شکست نور


Top

Shahid Beheshti University,دانشگاه شهید بهشتی

دانشگاه شهید بهشتی

Shahid Beheshti University,دانشگاه شهید بهشتی

دانشگاه شهید بهشتی