سی دی های پر از چاه و چاله

آیا تا به حال به سطح یک سی دی دقت کرده اید؟ آیا ناهمواری هایی در سطح آن دیده اید؟ می گویید نه؟

آزمایش زیر به شما می گوید که سطح یک سی دی پر از پستی و بلندی است!

مقدمه:

دانشمندان همیشه نمی توانند اندازه گیری های خود را به طور مستقیم انجام دهند. مثلا هیچ وقت نمی توانند یک متر بردارند و فاصله بین دو کهکشان را اندازه بگیرند! یا یک خط کش بردارند و قطر یک مولکول یا اتم را اندازه بگیرند. برای همین در موارد زیادی مجبورند از راه های غیر مستقیم و با کمک خواص فیزیکی یا شیمیایی یا ... این اندازه گیری ها را انجام دهند. مثلا برای اندازه گیری فاصله بین کهکشان ها از سرعت نور و برای حدس زدن عمر یک فسیل چند میلیون ساله از نیمه عمر مواد رادیواکتیو استفاده می کنند. در این آزمایش نیز می خواهیم یک فاصله بسیار کوچک را به طور غیر مستقیم و از راه فیزیکی اندازه بگیریم.

مواد لازم برای آزمایش:

نشانگر لیزری

سی دی

کاغذ سفید

کتاب کلفت یا جعبه سبک

نوار چسب

نقاله

خودکار

ماشین حساب

مراحل آزمایش:

اول کاغذ سفید را روی یک سطح کتاب یا جعبه بچسبانید و کتاب را روی سی دی قرار دهید. لبه کتاب باید روی قطر سی دی قرار گیرد. حال نشان گر لیزر را روشن کرده و به روی سی دی بتابانید. نقطه تابش باید کاملا روی قطر سی دی قرار داشته باشد.

تا جایی که ممکن است، باید دستتان را به کتاب نزدیک کنید و نشان گر  را نیز موازی سطح کتاب نگه دارید (قبل از تاباندن نور لیزر حتما دقت کنید که کسی در اطرافتان نباشد و به هیچ عنوان نور لیزر یا بازتاب های آن با صورت هیچ کس برخورد نکند).

وقتی لیزر را به سطح سی دی می تابانید، چندین پرتو نور با زوایای مختلف از سطح سی دی خارج شده و پراکنده می شوند (اگر آزمایش را در محیط تاریک یا نیمه تاریک انجام دهید، بهتر می توانید این پدیده را ببینید).

ماجرا از چه قرار است؟

وقتی نور لیزر را به یک سطح صیقلی مثل آینه می تابانیم، تنها یک پرتو بازتاب از سطح آن خارج می شود. در این حالت، زاویه تابش و بازتاب نیز با هم برابر هستند. اما وقتی نور لیزر را به سطح سی دی یا DVD – که ظاهرا سطوحی شبیه به آینه هستند – می تابانیم، چندین پرتو با زوایای مختلف از آن خارج می شوند. علت این اتفاق، پدیده ای به نام "پراش" است.

فرض می کنیم یک پرتو نور به شکل زیر است:

حال اگر دو پرتو نور شبیه به این در یک نقطه با هم برخورد کنند، چه اتفاقی می افتد؟

به دو حالت زیر دقت کنید:

(١)

(٢)

در حالت اول، قله ها و دره های هر دو پرتو روی هم قرار گرفته اند. نتیجه این نوع برخورد پرتوها با هم، این است که یک پرتو بسیار قوی تر ایجاد شده است. اما در حالت دوم، قله های یک پرتو در برابر دره های پرتو دیگر قرار گرفته اند. در این حالت، دو پرتو هم دیگر را خنثی کرده و یک پرتو ضعیف تر از آن ها نتیجه شده است (اگر پرتوها کاملا هم اندازه باشند و در مقابل یکدیگر قرار گیرند، به طور کلی از بین می روند و مقدار پرتو برایند صفر می شود).

به این حوادث که هنگام برخورد دو پرتو نور با یکدیگر پیش می آید، " تداخل " گویند. حال اگر تعدادی منبع نور مختلف داشته باشیم یا تعدادی مانع در برابر منبع نور داشته باشیم که پرتوهای نور با هر کدام برخورد کرده و به جهت های مخلف منحرف شوند، تداخل های اتفاق افتاده در این حالت ها بسیار پیچیده می شود؛ که به این اتفاق، "پراش نور" گویند.

اطلاعات روی سی دی یا DVD بر شیارهایی ذخیره می شوند که از مرکز سی دی آغاز می شوند و به صورت مارپیچ تا کناره های آن پیش می روند.

اگر به سطح یک سی دی نیمه پر نگاه کنید، می توانید این شیارها را ببینید. وقتی شما می خواهید اطلاعاتی را روی سی دی ذخیره کنید، نور لیزر، بعضی از این نقاط را می سوزاند و فضاهایی را نیز به طور دست نخورده در بین آن ها باقی می گذارد.

این نقاط سوخته به صورت حفره های بسیار کوچکی در می آیند که قطرشان حدود ٥٠٠ نانومتر است . (فکر می کنید ٥٠٠ نانومتر یعنی چه قدر؟ وقتی یک متر را به هزار قسمت تقسیم می کنیم، به یک قسمت آن، یک میلی متر می گوییم که می توانیم به طور معمولی و بدون هیچ ابزار خاصی (با چشم غیر مسلح) ببینیم.

اگر یک میلی متر را به هزار قسمت تقسیم کنیم، یک قسمت آن، یک میکرومتر است. قطر تار موی انسان در حدود ١٠٠ میکرومتر است.

حال اگر یک میکرومتر را نیز به هزار قسمت تقسیم کنیم، به نانومتر می رسیم؛ این یعنی این که می توانیم ٢٠٠ حفره به اندازه حفره های روی سی دی را روی قطر یک تار موی انسان در کنار هم بچینیم! اما قطر حفره ها از قطر شیار، اندکی کم تر است و قطر شیار تقریبا سه برابر قطر حفره هاست.وقتی نور لیزر با سطح سی دی برخورد می کند، این شیارها و حفره های درون آن ها به صورت مانع عمل کرده و باعث می شوند پدیده پراش اتفاق بیفتد.

نتیجه این می شود که می توانیم به جای یک بازتاب آینه ای عادی، چند پرتو مختلف با زوایای متفاوت ببینیم.

  ادامه ماجرا...

مرکز یادگیری سایت تبیان - گرد آوری تنظیم: آلچالانلو