عنکبوت هم می تواند رنگین کمان بسازد!

طیف نمایی و بررسی پراش از توری پراش

مقدمه:

شاید تا کنون تصویری شبیه عکس فوق و یا رنگ‌های زیبای روی یک سی دی را دیده باشید. درنگاه اول، شباهتی که میان تار عنکبوت و یک سی‌دی می‌توان یافت، شیارهای باریکی است که بطور منظم سطح آن دو را پوشانده‌اند. از توری پنجره گرفته تا یک چای صاف کن، هر ساختاری که ازآرایه منظمی با شیارهای موازی تشکیل شده باشد، قادر خواهد بود بر اساس پدیده پراش، این طیف رنگی را ایجاد کند و می‌توانیم آن را توری پراش بنامیم. وقتی یک توری را که شیارهای منظمی دارد، در مسیر پرتو نور قرار می‌دهیم، امواج نور طی عبور از توری (یا بازتاب از توری بازتابی مثل سی‌دی) پراشیده شده و طرحی حاصل از پراش تمامی شیارها ایجاد خواهد شد که به فاصله شیارها و طول موج نور (یا همان رنگ نور) تابشی بستگی دارد. هر چه ساختار توری ریزتر و شیارها به هم نزدیک‌تر باشند، طرح پراش گسترده‌تر و پخش‌تر خواهد بود. در توری‌های با فاصله شیار زیاد مثل توری پرده، نقش پراش آنقدر فشرده می‌شود که نمی‌توان انتظار داشت طیف را از هم جدا کند و تمام رنگ‌ها روی هم قرار می‌گیرند.

این پدیده جالب که بطور روزمره در سی‌دی‌ها، برچسب‌های هولوگرام، برخی توری‌ها و پارچه‌ها و حتی بال بعضی از پرندگان شاهد آن هستیم، اساس کار قطعات اپتیکی متعددی است که در صنعت کاربرد فراوانی دارند.

حال می‌توانیم بگوییم به دلیل ساختار ریز تراک‌های روی سی‌دی است که نور تابیده شده به آن، پراشیده شده و طیف رنگی ایجاد می‌شود. به عبارت دیگر سی‌دی هم نوعی توری پراش بازتابی است.

توری پراش عبوری نیز از تعداد زیادی نوارهای موازی با فاصله کم تشکیل شده که این نوارها ممکن است تاریک و روشن و یا اینکه با ضخامت یا ضریب شکست کم و زیاد باشند. انحراف مسیر نور، تشکیل تصاویر متعدد از شکاف و تجزیه نور به طول موج‌های آن از جمله ویژگی‌های پرکاربرد توری پراش است.

هدف:

هدف از این آزمایش، آشنایی با توری پراش به عنوان یکی از ادوات اپتیکی است که می‌تواند مسیر نور را منحرف کرده و یا رنگ‌های مختلف طیف را جدا کند. خواهیم دید که میزان این انحراف بستگی به طول موج نور (یا همان رنگ نور) دارد به همین دلیل باعث می‌شود، رنگ‌های مختلف به میزان متفاوتی منحرف شده و در نتیجه طیف رنگین کمانی دیده شود. از طرف دیگر این انحراف به فاصله شیارها از یکدیگر نیز بستگی دارد، بطوریکه هرچه فاصله شیارها از یکدیگر، کمتر باشد میزان انحراف یا همان زاویه پراش بیشتر می‌شود. اگر فاصله شیارها زیاد باشد (مثلا درحدود میلی‌متر)، انحراف پرتوها ناچیز بوده و تمام رنگ‌ها روی یکدیگر قرار می‌گیرند و در نتیجه طیف دیده نخواهد شد.

چه کاری می‌خواهیم انجام دهیم و به چه لوازمی نیاز داریم:

قصد داریم دراین آزمایش، ایجاد طیف توسط توری پراش و اثر فاصله شیارهای توری و طول موج نور تابشی به توری را روی این طیف بررسی کنیم.

برای انجام این آزمایش به اقلام زیر نیاز داریم:

  • توری پراش روی پایه مناسب (مانند یک سی‌دی یا توری عبوری) که توری بهتر است با فاصله شیارهای مختلف باشد تا بتوان اثر تغییر آن را مشاهده کرد.
  • منبع نور که البته برای بررسی دقیقتر بهتر است دو منبع نوررنگی و یک نور سفید روی پایه مناسب باشد.
  • پرده‌ای برای مشاهده.

 

آزمایش :

  • ابتدا منبع نور سفید را روشن کنید.سپس توری را مقابل آن قرار دهید.
  • با تنظیم فاصله توری و منبع و نیز تغییر زاویه دید خود، طیف رنگی تشکیل شده را مشاهده خواهید کرد. طیف را بررسی کنید.

در صورتیکه طیف گسترده‌تر باشد، با قرار دادن یک کاغذ میلی‌متری زیر توری و منبع نور، می‌توان زاویه انحراف (خروج) هر رنگ را تخمین زد.

  • توری را عوض کرده و با توجه به طیف ایجاد شده، فاصله شیارهای دو توری را مقایسه کنید.
  • در این مرحله، به جای نور سفید از ال‌ای‌دی یا لامپ رنگی استفاده کنید. چه تغییری در طیف مشاهده می‌کنید؟ طبعا طیف کامل دیده نمی‌شود و فقط محدوده رنگ نور منبع را در بر خواهد گرفت. اگر به جای لامپ که شامل رنگ‌های مختلف است، از لیزر که فقط یک رنگ (طول موج) دارد استفاده کنیم، پراش نور فقط درهمان رنگ دیده می‌شود.

  • دو لکه دیگری که روی پرده تشکیل شده، مربوط به مرتبه اول پراش هستند. در آزمایش دیگری بهبررسی پراش نور لیزر از توری پراش خواهیم پرداخت.

 

برای انجام علمی‌تر آزمایش و افزایش دقت، این روش‌ها به شما کمک می‌کند:

  • تکنیک موازی کردن پرتو نور لیزر با سطح میز.
  • تکنیک اندازه‌گیری زاویه با استفاده از کاغذ میلی‌متری.

 

آزمایش (پیشرفته‌تر):

  • می‌توانید از یک شیار باریک برای محدود کردن زاویه منبع نور استفاده کنید. با این کار شما یکی از ساده‌ترین طیف نماها را ساخته‌اید. در آزمایش دیگری به بررسی و کار باطیف‌نما خواهیم پرداخت.

 

کاربرد:

  • توری پراش کاربردهای مختلفی دارد ولی وقتی که ایجاد طیف مورد نظر باشد مهمترین کاربرد آن قرار گرفتن به جای منشور در طبف نماها و طیف سنج‌ها است. فکر می‌کنید توری پراش برای ایجاد طیف بهتر است یا منشور؟ دقت کنید اغلب طیف نماهای فعلی بر خلاف گذشته با توری کار می‌کنند. می‌توانید درباره محاسن و معایب توری برای ایجاد طیف نسبت به منشور فکر کنید.

 

سؤال، پیشنهاد و نکته:

  • فکر می‌کنید این همه خط باریک چطور ایجاد می‌شود؟
  • وقتی که شیارها ریزتر شوند، طیف پهن‌تر می‌شود. آیا این رابطه را جای دیگر نیز دیده‌اید؟
  • فکر می‌کنید چرا نور سفید، سفید دیده می‌شود؟
  • درباره تفاوت توری عبوری و بازتابی چه فکر می‌کنید؟

 

آزمایش‌های مرتبط:

 

بیشتر بدانید:

ارتباط با بخش

از متخصص نور بپرس

در این بخش می توانید سؤالات خود را در رابطه با نور و لیزر بپرسید تا متخصصین به آن‌ها پاسخ دهند

لینک ارتباط مستقیم با