• مشکی
  • سفید
  • سبز
  • آبی
  • قرمز
  • نارنجی
  • بنفش
  • طلایی
  • تعداد بازديد :
  • 2959
  • يکشنبه 1388/7/26
  • تاريخ :

زاويه حد

زاويه حد

اهداف

دانش آموزان با زاويه حد به صورت مفهومي و با طرح يک سوال آشنا مي شوند.

 

وسايل لازم

يک منبع نور (چشمه نور) با نور مناسب، در صورت امکان نور ليزر مناسب است. در غير اين صورت مي توانيد از نور پروژکتور که پرتوهاي نوري آن باريک و متمرکز شده اند استفاده کنيد. (براي باريک کردن پرتوهاي پروژکتور يک برگه مقوا را به اندازه يک اسلايد ببريد و سوراخي با استفاده از سوراخ کن در وسط آن ايجاد کنيد، سپس مقوا را در پروژکتور به گونه اي جاسازي کنيد که تنها مسير عبور نور همان سوراخ ايجاد شده باشد.)

يک آکواريوم مکعبي شکل پر از آب

چند قطره شير (يا کمي شير خشک) براي مخلوط کردن با آب آکواريوم جهت قابل رؤيت کردن پرتو نور.

 

طرح درس

مي توانيد درس را با طرح اين سوال شروع کنيد: چگونه مکالمات تلفني شما از فبيرهاي نوري نشت نمي کنند؟ به دانش آموزان بگوييد براي اين که پاسخ اين سوال را بفهمند آزمايش زير را انجام دهند. در صورتي که وسايل به اندازه کافي موجود نيست، دانش آموزان را به گروه هاي چند نفره تقسيم نماييد و مراحل زير را براي آن ها توضيح دهيد:

 

روش کار:

آکواريوم را پر از آب کنيد. سپس قطره قطره شير را اضافه کنيد و هر بار هم بزنيد، تا زماني که بتوانيد عبور نور در آب را ببينيد.

زاويه حد

پرتو نور را از درون آب به سمت بالا هدايت کنيد. به طوري که از زير به سطح آب برخورد کند. مي توانيد پرتو نور را از طريق کف يا ديواره شفاف آکواريوم به داخل آن بتابانيد. پرتو نور در صورتي که اتاق را تاريک کنيد، بيشتر قابل تشخيص است. نور را به صورتي بتابانيد که تقريباً با زاويه راست (عمود) به سطح آب برسد. شما قادر خواهيد بود که پرتو نور منحرف شده و هم چنين پرتو نور بازتابيده شده را در داخل آکواريوم مشاهده کنيد (گرد و غبار موجود در هوا به شما کمک مي کند تا پرتو منحرف شده را مشاهده کنيد. شما مي توانيد پودر گچ نيز به هوا اضافه کنيد. هم چنين مي توانيد پرتو را جستجو و با استفاده از برگه کاغذ آن را رديابي کنيد.) دقت کنيد که قسمت عمده پرتو از آب خارج شده (منحرف مي شود) و فقط نور ضعيفي به داخل آب بازتابيده مي شود.

 

از دانش آموزان بخواهيد به آهستگي زاويه اي که با آن پرتو به سطح آب تابيده شده است، تغيير دهند. آن ها بايد متوجه شوند که نور بازتابيده شده درون آب مرتباً پررنگ تر شده در حالي که نوري که وارد هوا مي شود مرتباً ضعيف تر مي شود. هم چنين نوري که وارد هوا مي شود، خم شده و يا از مسير اصلي منحرف مي شود.

 

آزمايش را تا زماني ادامه دهيد که پرتو نور عبوري که از سطح آب وارد هوا مي شود، به طور کلي ناپديد گردد.

به آن ها بگوييد هنگامي که مشاهده کردند که پرتو بازتابي با سطح آب مماس شد، اين زاويه، زاويه حد نام دارد.

 

چه رخ مي دهد؟

در توضيح آزمايش به دانش آموزان بگوييد: در حالت کلي، زماني که پرتويي از نور به سطح جدا کننده دو محيط شفاف مانند آب و هوا برخورد مي کند بخشي از پرتو منعکس شده و قسمتي از آن از سطح جدا کننده عبور کرده و وارد محيط جديد مي شود. پرتو نور با عبور از يک ماده و ورود به ماده ديگر خم يا شکسته (منحرف) مي شود.

 

هر چه فاصله ي زاويه ي تابش از خط عمود بيشتر شود پرتو به ميزان بيشتري منحرف مي شود. اگر نور از يک ماده که سرعت حرکت نور در آن کم است به داخل يک ماده که سرعت نور در آن بيشتر است وارد شود (براي مثال نور از آب وارد هوا شود) پرتو به سمت سطح جدا کننده خم مي شود.

 

در يک زاويه تابش خاص، پرتو آن چنان خم مي شود که پرتو  بازتاب شده مماس با سطح جدا کننده دو محيط قرار مي گيرد، به اين معني که هيچ بخشي از آن وارد هوا نمي گردد که اين زاويه، زاويه حد نام دارد، و اگر زاويه تابش بيشتر از آن زوايه شود نور به کلي در داخل آب منعکس مي شود. اين پديده «بازتابش کلي» ناميده مي شود. زيرا تقريباً 100% پرتو منعکس شده که اين ميزان بهتر از انعکاس در مرغوب ترين سطوح آينه اي است.

 

زاويه حد در آب با اندازه گيري زاويه بين پرتو تابش و خط عمود، زماني که پرتو بازتاب شده بر سطح آب مماس باشد، به دست مي آيد که مقدار آن 49 درجه است.

زاويه حد

زماني که زوايا از 49 درجه کمتر باشند مقداري از نور از آب خارج مي شود.

زاويه حد

زماني که زاويه هاي مشخص شده از 49 درجه بيشتر باشند، پرتو پس از برخورد با سطح جدا کننده دو محيط هوا و آب به طور کامل منعکس مي شود.

 

اما پاسخ سوال ابتدايي:

بازتابش کلي در انتقال پيام هاي تلفني به وسيله فيبرهاي نوري به کار مي رود. هر نوري که موازي محور فيبر نباشد، ديواره فيبر را قطع کرده و به طور کامل بازتابش مي شود، زيرا زاويه تابش که پرتو تحت آن ديواره فيبر را قطع مي کند بسيار بزرگ تر از زاويه حد است. اين مسئله به جلوگيري از ضعيف شدن فوري سيگنال ها در مسيرهاي طولاني کمک مي کند. هم چنين از نشست سيگنال ها در مواقعي که فيبر از مسير خم مي شود جلوگيري مي کند. براي مشاهده اين پديده مي توانيد به جاي آکواريوم از بلوک هاي پلاستيکي شفاف که در فروشگاه هاي لوازم پلاستيکي قابل خريداري هستند استفاده کنيد.

 

مترجم: مينا نقش نژاد

تنظيم: نسرين صادقي

 

مروری بر رفتار مرزی

مروری بر رفتار مرزی

مروری بر رفتار مرزی
كاربرد هایی از پدیده بازتابش كلی

كاربرد هایی از پدیده بازتابش كلی

كاربرد هایی از پدیده بازتابش كلی
برجسته نماها (بخش دوم)

برجسته نماها (بخش دوم)

برجسته نماها (بخش دوم)
تلسکوپ لومونوسوف

تلسکوپ لومونوسوف

تلسکوپ لومونوسوف
UserName