گزارش کار آزمایش آینه مقعر

انتشار نور :
نور صورتی از انرژی است که می تواند به انرژی های دیگر تبدیل شود، مانند تبدیل انرژی نورانی به گرمایی و یا در عمل فتوسنتز که انرژی نورانی به انرژی شیمیایی تبدیل می شود و یا در پیل خورشیدی که انرژی نورانی به انرژی الکتریکی تبدیل می شود.
بیشترین اطلاعاتی که از محیط اطراف به ما می رسد، از طریق حس بینایی است . نوری که وارد چشم می شود تصویری بر روی لکه ی زرد تشکیل می دهد و سلول های بینایی تأثیر نور را به صورت یک جریان عصبی به مرکز بینایی می برد.
نور در خلاء با سرعت ۸ ۱۰ * ۳  متر بر ثانیه حرکت می کند و می تواند فاصله های بسیار زیاد را در فضا آزادانه سیر کند، مانند نور خورشید که از فاصله ۱۱ ۱۰ * ۵/ ۱متری تقریباً در مدت ۸ دقیقه به زمین می رسد و یا نور ستارگان که از فاصله های بسیار دورتر از خورشید به زمین می رسند.
اجسام شفاف، نیمه شفاف و کدر :
۱ – اجسامی که نور را به راحتی از خود عبور می دهند اجسام شفاف نامیده می شوند، مانند شیشه یا هوا که نور به سادگی از آنها عبور می کند.
۲ – اجسامی که نور از آنها به راحتی عبور نمی کند و پس از عبور پرتوهای نوردر مسیرهای مختلف منحرف می شوند را اجسام نیمه شفاف گویند، مانند شیشه ی مات .
۳ – اجسامی که نور از آنها نمی تواند عبور کند را اجسام کدر گویند، مانند ورق آهن و یا تخته.

انواع چشمه ی نور :
چشمه ی نور گسترده و نقطه ای :
چشمه نقطه ای نور:
اگر صفحه ای از مقوا را که روی آن وزنه ی کوچکی ایجاد شده است در مقابل چراغ روشنی قرار دهیم، نور چراغ پس از گذشتن از روزنه منتشر می شود و روزنه مانند یک چشمه ی نور کوچک عمل می کند که آن را چشمه ی نور نقطه ای می نامیم.
چشمه نور گسترده : یک شیء نورانی نظیر خورشید، چراغ روشن، شعله ی شمع و … را چشمه ی نور گسترده می نامیم.
پرتو نور : نور با پهنای کم را پرتو نور می گویند که بی نهایت نازک است.
باریکه ی نور :
مجموعه ای از پرتوهای نور که باریک می باشند را بازیکه نور گویند. هر گاه در فاصله ی مناسب از یک چشمه ی نقطه ای صفحه کدری با روزنه کوچگ قرار دهیم، پرتو نوری که از روزنه خارج می شود باریکه ی نور گویند.
هر باریکه نور دسته ای از پرتوهای نور است. با مشاهده ی باریکه ی نور می توانیم مسیر انتشار نور را تشخیص دهیم.

انتشار نور به خط راست :
همانطور که آموخته اید ، نور در یک محیط شفاف به خط است منتشر می شود. انتشار نور بر خط راست است ، شکل سایه ی اجسام در یک روز آفتابی شبیه خون آن هاست . هر پرتو نور را با یک خط راست و پیکانی بر روی آن که جهت انتشار نور را مشخص می کند نشان می دهند.
در یک آزمایش می توان با قراردادن جسم که در مقابل چشمه ی نقطه ای سایه جسم را بر روی پرداه مشاهده کرد. مشخصات سایه نشان می دهد که شکل سایه شبیه جسم است و نور را بر خط راست منتشر می شود.

انواع دسته پرتوها :
۱ – دسته پرتوهای موازی : پرتوهایی که تمام شعاع های نور با همه موازی هستند را دسته پرتوهای موازی می گویند و هر گاه تحت زاویه تابش معین به سطح آینه تخت برخورد کنند، تحت همان زاویه به طور موازی بازتاب می کنند.

۲ – دسته پرتوهای همگرا : پرتوهایی هستند که در آن شعاع های نور در جهت انتشار به همه نزدیک می شوند و در نقطه ای به یکدیگر می رسند . در شکل زیر پرتوهای نور پس از عبور از عدسی محدب به صورت همگرا باشند و در کانون عدسی به یکدیگر می رسند.

۳ – دسته پرتوهای واگرا : پرتوهایی هستند که در آن شعاع های نور در دو جهت انتشار از هم دور می شوند. در شکل زیر پرتوهای نور پس از عبور از عدسی مقعر به صورت واگرا از یکدیگر دور می شوند.

سایه و نیم سایه :
سایه : هر گاه جسم کدری مقابل یک چشمه ی نقطه ای نور قرار گیرد، بر روی پرده پشت جسم سایه ایجاد می گردد. این نوع سایه که به وسیله چشمه ی نقطه ای نور ایجاد شده کامل و یکنواخت است‌، به طوری که مرز سایه با قسمت روشن مشخص می باشد و نشان می دهد که نور بر خط راست منتشر می شود.
نیم سایه : هر گاه جسم کدری مقابل یک چشمه نور گسترده قرار گیرد، بر روی پرده پشت جسم سایه و نیم سایه ایجاد می گردد، به طوری در قسمت مرکزی سایه ی کامل با تاریکی یکنواخت و اطراف آن نیم سایه تشکیل می گردد و هر چه از سایه ی کامل دور می شویم، مقدار روشنایی در نیم سایه بیشتر می شود. شکل (۴-۴) چگونگی تشکیل سایه و نیم سایه را به وسیله یک چشمه ی نور گسترده نشان می دهد.

خورشید گرفتگی (کسوف) :
در گردش ماه به دور زمین و گردش انتقالی زمین به دور خورشید گاه اتفاق می افتد کره ماه بین زمین و خورشید در یک راستا قرار گیرد و در اثر سایه ی ماه به روی زمین قسمت کوچکی از سطح زمین در سایه ی کامل قرار می گیرد، و اطراف آن نیم سایه تشکیل می شود این پدیده را گرفتگی خورشید یا کسوف می گویند.
هر گاه شخص ناظر بر خورشید گرفتگی بر روی زمین باشد، ممکن است این پدیده را به سه حالت :
خورشید گرفتگی کامل، خورشید گرفتگی جزئی، خورشید گرفتگی حلقه ای .

بازتاب نور:
دیده شدن اشیای درون اتاق، هنگامی که چراغ روشن می شود، به سبب انتشار نور در اتاق و بازگشت نور از سطح اشیا و رسیدن آن به چشم است. در شکل (۴-۷) بازگشت نور از روی اشیا نشان داده شده است. روشن دیده شدن ماه نیز مانند روشن دیده شدن اشیای درون اتاق زیر نور چراغ است. تابش نور خورشید بر سطح ماه و بازگشت نور از سطح آن سبب دیده شدن ماه می شود.

به طور کلی بازگشت نور از سطح اجسام را بازتاب نور گویند.
پرتو نوری که به سطح جسم می تابد پرتو تابش و پرتو بازگشته از سطح را پرتو بازتاب می نامند. نقطه ای را که نور به آن می تابد نقطه ی تابش ، زاویه ی بین پرتو تابش و خط عمود را زاویه تابش (i) و زاویه ی بین خط عمود و پرتو بازتاب را زاویه بازتاب را زاویه ی بازتاب (r) می نامیم. در شکل (۴-۶) پرتوهای تابش و بازتاب ، خط عمود بر سطح و زاویه های تابش و بازتاب نشان داده شده است. توجه کنید که زاویه ی تابش متمم زاویه ی بین پرتو تابش و سطح آینه است و با توجه شکل داریم :
i + a = 90°

قانون های بازتاب :
الف- پرتو تابش‌، پرتو بازتاب و خط عمود بر سطح آینه در نقطه تابش، هر سه در یک صفحه اند
ب – زاویه تابش و زاویه بازتاب با هم برابرند
i = r

در تابش و بازتاب پرتو از سطح آینه باید توجه داشت هر گاه زاویه تابش (i) برابر صفر باشد: پرتو نور منطبق بر خط عمود بر نقطه ی تابش است و بازتاب نور بر خودش خواهد بود.

تصویر درآینه های تخت :
آینه هایی معمولی را که سطح آن ها سطح است آینه ی تخت می نامند. مشاهده ی منظره اطراف در سطح آب یک استخر ، دیده شدن اشیای مقابل آینه در آن به سبب بازتاب نور از سطح آینه و رسیدن پرتوهای بازتاب به چشم است. آنچه در آینه دیده می شود و تصویر شیء مقابل آینه است. شکل (۴-۱۰)چگونگی دیده شدن تصویر یک شی ء را در آینه تخت نشان می دهد.

ویژگیهای تصویر در آینه ی تخت :
در آینه های تخت تصویر را روی ویژه گیهای زیر می باشد :
۱ – فاصله شی تا آینه برابر فاصله تصویر تا اینه است
۲ – طول شی برابر طول تصویر در اینه است
۳ – تصویر پشت در آینه، مجازی و مستقیم است
۴ – تصویر نسبت به شی وارونی جانبی دارد ( قسمت راست و چپ قرار می گیرد)

تصویر حقیقی :
پرتوهای تابش و بازتابش از سطح آینه که به چشم می رسند را پرتوهای حقیقی می گویند و تصویر حاصل از این پرتوها بر روی پرده تصویر حقیقی می باشد. مانند پرتوهایی که پس از برخورد به آینه و بازتابش در نقطه ای به هم می رسند
( تلسکوپ بازتاب)
تصویر مجازی : از امتداد پرتوهای واگرایی که از سطح آینه بازتابش می شود ( پرتوهای مجازی) تصویری مجازی در پشت آینه تشکیل می گردد که نمی توان آن را روی پرده تشکیل داد .مانند تصویر مجازی در پشت آینه.
آینه ها ی کروی :
سطح آینه های کروی بخشی از سطح یک کوه است ، یعنی تمام نقاط آن از یک نقطه به نام مرکز آینه ( مرکز کره ای که آینه بخشی از آن است) به یک فاصله اند. قسمت کوچکی از سطح یک کره ی تو خالی که یک سطح آن نقره اندود شده باشد را آینه کروی گویند. آینه های کروی دو دسته اند،
الف) آینه محدب یا کوژ
ب ) آینه ی مقعر یا کاو

الف) اگر سطح برآمده های کوه صیقلی باشد، آن را آینه ی کوژ یا محدب می نامند.
ب) اگر سطح درونی کره صیقلی باشد، آن را آینه ی کاو یا مقعر می نامند
در آینه ی مقعر سطح بیرونی نقره اندود شده و سطح گودبازتاب کننده می باشد، در آینه ی محدب یا کوژ، سطح گود نقره اندود شده و سطح بیرونی بازتاب کننده می باشد.

مرکز آینه (محور اصلی ) :
مرکزکره ای را که آینه قسمتی از آن است. مرکز آینه (نقطه C) می نامند. خطی که از مرکز آینه و وسط آینه (نقطه ی S) می گذرد، محور اصلی آینه نامیده می شود، قانون های بازتاب نور در مورد آینه های کروی هم بکار می رود. مرکز آینه در آینه های مقعر در جلوی آینه و در آینه های محدب در پشت آینه واقع می شود.
رأس آینه : (P) نقطه ای میانی آینه که مرکز سطح بازتابنده ی آینه می باشد.
محور آینه : هر خطی که از مرکز آینه به آینه وصل شود، محور آینه، نامیده می شود(محورفرعی)
محور اصلی : خط راستی است که مرکز آینه را به رأس ، آینه متصل می کند.
شعاع انحنای آینه (R) فاصله ی مرکز تا رأس آینه است که همان شعاع آینه می باشد.
کانون آینه (F) : هر گاه دسته پرتوی موازی محور اصلی برسطح آینه ی کروی بتابد، بازتابش پرتوها در آینه مقعر و امتداد بازتابش پرتوها در آینه محدب در نقطه ای بر روی محور اصلی به هم می رسند که به آن کانون آینه می گویند در اینه مقعر کانون حقیقی و در آینه ی محدب کانون مجازی می باشد.

فاصله کانون تا آینه را فاصله کانونی آینه می نامیم. در آینه های مقعر، کانون آینه ی حقیقی است . با اندازه گیری فاصله کانونی معلوم شده است که این فاصله نصف فاصله ی مرکز تا آینه است. یعنی فاصله های کانونی نصف شعاع آینه است. اگر فاصله ی کانونی f و شعاع آینه r باشد داریم :
f = r/2

هر گاه در آینه ی محدب نگاه کنیم، تصویر جسم کوچک تر و مستقیم دیده می شود.
هر گاه در آینه مقعر نگاه کنیم تصویر جسم بزرگتر و مستقیم دیده می شود.
رسم پرتوهای بازتاب در آینه های مقعر :
الف : هر پرتوی که از مرکز آینه ی مقعر گذشته و به آینه بتابد یا طوری به آینه بتابد که امتداد آن از مرکز آینه بگذرد، روی خودش باز می تابد. زیرا این پرتو آینه عمود است. i=r=0 ( هر خطی که از مرکز کره بگذرد بر کره عمود است) در شکل (۴-۱۴) الف و ب اینگونه پرتوها در آینه ی مقعر نشان داده شده است (نقطه c مرکز آینه است).

ب : هر گاه دسته پرتوهای موازی محور اصلی به آینه مقعر بتابدف پرتوهای بازتاب آنها از یک نقطه روی محور اصلی به نام کانون اصلی آینه خواهند گذشت (شکل ۴-۱۵) دسته پرتوهای بازتابش و بازتاب آنها را در آینه مقعر نشان می دهد. به این ترتیب هر پرتوی که موازی محور اصلی به آینه ی مقعر بتابد پرتو بازتاب آن از کانون آینه می گذرد.
در شکل (۴-۱۶) پرتو تابش موازی محور اصلی و پرتو بازتاب آن نشان داده شده است . در این آینه ها هم ، قانون های بازتاب همان است که قبلاً بیان شد. هر گاه در نقطه ی تابش I خط عمودی بر سطح آینه (IC) رسم شود، زاویه ی تابش و زاویه بازتاب با هم برابرند.

پ : اگر پرتو تابش از کانون گذشته و به آینه بتابد و یا طوری بتابد که امتداد آن از کانون بگذرد، پرتو بازتاب آن موازی محور اصلی خواهد بود. در شکل (۴-۱۷) این پرتوها نشان داده شده اند.
تشکیل تصویر در آینه های مقعر :
یک شیء مثلاً شمع روشن را در فاصله ای دورتر از مرکز، در مقابل آینه یک کاو عمود بر محور اصلی آن مطابق شکل (۴-۱۹) در نظر بگیرید.

از هر نقطه ی شمع، مانند نقطه A، پرتوهای زیادی به آینه می تابند، بازتاب دو پرتو تابش AI (موازی محور اصلی ) و’ AI (پرتو تابشی که از کانون گذشته) را به روشی که گفته شد رسم می کنیم، پرتوهای بازتاب یکدیگر را در نقطه’ A قطع می کنند. اگر پرتوهای دیگری هم از نقطه ی A به آینه بتابد، بازتاب آنها از نقطه’ A می گذرد. بنابراین برای بدست آوردن نقطه’ Aرسم دو پرتو کافی است.’ A تصویر نقطه ای A ‌است. اگر برای سایر نقطه های شمع هم به همین روش عمل می کنیم. تصویر کامل شمع بدست می آید.
عملاً بازتاب پرتوهای تابش از همه نقطه های شمع را رسم نمی کنیم زیرا آزمایش نشان می دهد که اگر شیء بر محور اصلی عمود باشد، تصویر هم بر محور اصلی عمود است. بعد از بدست آوردن نقطه A’ (تصویر نقطه A) می توان تصویر شیء را عمود بر محور اصلی رسم کرد. تصویری را که به این ترتیب حاصل شده است تصویر حقیقی می نامیم. اگر یک صفحه ی کاغذ را در مقابل آینه جابه جا کنیم با قرارگرفتن کاغذ در محل تصویر، مطابق شکل (۴-۲۰) تصویر حقیقی بر روی کاغذ تشکیل و مشاهده می شود.

هر گاه مطابق شکل (۴-۱۹) چشم ناظر بعد از تصویر شمع ، در راستای پرتوهای بازتاب، قرا ر گیرد تصویر را می بیند، زیرا اگر به جای A’ نقطه روشنی وجود داشت، همین پرتوها از آن نقطه ی روشن به چشم می رسیدند. می توان نتیجه گرفت که اگر پرتوهای بازتاب خودشان یکدیگر را قطع کنند تصویر حقیقی است.
روش رسم تصویر در آینه های کاو (مقعر):
۱ – شیء در فاصله ای دورتر از مرکز آینه : تصویر حقیقی ، کوچکتر از جسم ، وارونه و تصویر بین مرکز و کانون است.

۲ – شیء بین مرکز و کانون ، تصویر دورتر از مرکز، حقیقی، بزرگ تر از شی و وارونه است.

۳ – شی روی کانون، پرتوهای بازتاب با هم موازیند و در فاصله ای خیلی دور(بی نهایت) یکدیگر را قطع می کنند. در این صورت می گوئیم تصویر در بی نهایت است.

۴ – شیء بین کانون در آینه : همان طور که در شکل دیده می شود پرتوهای بازتاب در جلوی آینه از هم دور می شوند. امتداد آن ها در پشت آینه یکدیگر را قطع می کنند. تصویر مجازی ، بزرگتر از شیء و مستقیم است.

رسم تصویر یک شیء که در فاصله ی خیلی دور از آینه کاو قرار دارد:
همان طور که در مورد کانون آینه های کاو گفته شد، تصویر خورشید و کانون آینه تشکیل می شود. از طرفی ، پرتوهایی که از یک نقطه ای خیلی دور (بی نهایت) نامیده می شوند، با هم موازیند، بر اساس روش ترسمی که قبلاً توضیح داده شد ، از بین پرتوهای زیادی که از نقطه ی خیلی دور به اینه تابیده اند، در پرتو تابش که یکی از کانون و یکی از مرکز آینه می گذرند، برای رسم تصویر کافی است . چگونگی رسم تصویر در این حالت در شکل (۴-۲۲) نشان داده شده است. این تصویر حقیقی، کوچک تر ، وارونه و روی کانون است.

کانون آینه های مقعر و محدب
کانون آینه ی محدب (کوژ) :
هر گاه پرتوهایی موازی محور اصلی آینه محدب به آن بتابند، طوری باز می تابند که امتداد پرتوهای بازتاب از یک نقطه روی محور اصلی می گذرند. این نقطه کانون اصلی آینه ی محدب نام دارد. کانون آینه ی محدب مجازی است. فاصله ی کانون تا آینه را «فاصله کانونی» آینه می نامند. در آینه های محدب نیز فاصله کانونی آینه نصف فاصله ی مرکز تا اینه یعنی نصف شعاع آینه است . شکل ( ۴-۲۳) پرتوهای تابش، موازی محور اصلی آینه ی محدب و چگونگی تابش آنها را نشان می دهد.

رسم پرتوهای بازتاب در آینه محدب :
الف : هر پرتو تابش که امتداد آن از مرکز آینه محدب (در پشت آینه) بگذرد روی خودش باز می تابد.
شکل (۴-۲۴)

ب : هر پرتوی که موازی محور اصلی به آینه ی محدب می تابد. طوری باز می تابد که امتداد پرتو بازتاب از کانون اصلی آینه محدب (در پشت آینه ) بگذرد.

پ : هر گاه امتداد پرتو تابش از کانون بگذرد، پرتو بازتاب مربوط به آن، موازی محور اصلی خواهد بود.

رسم تصویر در آینه های محدب :
تصویر در آینه های محدب مجازی است و در فاصله ی کانونی آینه تشکیل می گردد. اگر شیء در بی نهایت قرار داشته باشد، تصویر آن بر روی کانون تکشیل می گردد و هر چه شیء به جسم نزدیک شود، تصویر در فاصله ی کانونی به آینه نزدیک می شود.
تصویر شیء در آینه ی محدب ، مجازی ، کوچکتر و مستقیم است.
شکل ( ۴-۲۷)

آینه مقعر
وسایل مورد نیاز برای آزمایش :
چراغ
صفحه ی شکاف دار
آینه مقعر
شرح آزمایش :
ما می دانیم هنگامی که تصویر در        قرار بگیرد تصویر در آینه مقعر حقیقی ، هم اندازه ، وارونه و روی مرکز است. بنابر این ما منبع نور که بر روی آن پیکانی نصب شده را طوری تنظیم می کنیم که تصویری که روی پرده مشاهده می کنیم هم اندازه و وارونه جسم ما باشد. مطایق شکل زیر :

اعدادی که ما در این قسمت پیدا کردیم عبارت اند از:

ما از قسمت قبل فهمیدیم که              ولی برای اینکه مطمئن شویم جسم را در فاصله ۲۵ سانتی متری آینه قرار دادیم . چون می دانستیم اگر جسم روی      قرار بگیرد تصویر در بی نهایت می افتد که همین دانسته موجب می شد تا بفهمیم که اعدادی که پیدا کردیم درست است یا نه . پس طبق شکل زیر عمل کردیم . و مشاهده کردیم جسم در فاصله دور (بی نهایت) تشکیل شد.

 

برای دانلود متن کامل گزارش کار با فرمت word و قابل ویرایش همراه با تصاویر و فرمول های مربوطه (در متن بالا اعداد مشخص نشده بودند و خالی گذاشته شدند) در حجم ۳ مگابایت به لینک زیر مراجعه بفرمائید:قیمت ۲۰۰۰ تومان

RIAL 20,000 – خرید

ممکن است شما دوست داشته باشید بیشتر از نویسنده