نور در هوا، شیشه و آب با سرعت یکسانی حرکت نمی کند. سرعت نور در هوا 3× 106 متر بر ثانیه است. در آب 2.25 × 10 8 m / s و در شیشه 2 x 10 8 m / s است. این به این دلیل است که شیشه از نظر نوری از آب و آب از نظر نوری چگال تر از هوا است. اگر سرعت نور کاهش یابد به یک محیط چگال تر و اگر سرعت نور افزایش یابد به آن نادرتر گفته می شود.
نور در یک خط مستقیم در یک رسانه حرکت می کند. اما هنگامی که پرتوی از نور که در یک محیط شفاف حرکت می کند، به صورت مایل روی سطح یک محیط شفاف دیگر می افتد، در یک محیط دیگر در مسیری مستقیم اما متفاوت از جهت اولیه حرکت می کند. تغییر جهت مسیر نور هنگام عبور از یک محیط شفاف به محیط دیگر، شکست نور نامیده می شود.
پرتو نوری که روی سطح می‌افتد که دو محیط را از هم جدا می‌کند. \(\angle i\) زاویه تابش بین پرتو فرودی و نرمال و \(\angle r\) زاویه انکسار بین پرتو شکسته و عادی است. انحراف زاویه بین جهت پرتو شکست و جهت پرتو فرودی است. بنابراین، \(\angle\delta\) = \(\mid \angle i - \angle r \mid\)
انکسار نور از دو قانون معروف به قوانین شکست اسنل پیروی می کند.
\(\mu = \frac{3 X 10 ^8ms^{-1}}{2.25 X 10 ^8 ms{-1}} = \frac{4}{3} = 1.33\)
توجه: هیچ رسانه ای نمی تواند ضریب شکست کمتر از 1 داشته باشد.
ضریب شکست (µ) برخی از مواد رایج
| مواد | µ | مواد | μ |
| وکیوم | 1.00 | هوا | 1.00 |
| یخ | 1.31 | اب | 1.33 |
| الکل | 1.37 | گلیسیرین | 1.47 |
| شیشه معمولی | 1.5 | نفت سفید | 1.41 |
سوال 1: شرایط عبور پرتو نور بدون انحراف در شکست چیست؟
راه حل: دو حالت وجود دارد - (1) وقتی زاویه تابش برابر 0 باشد. (2) وقتی ضریب شکست هر دو محیط یکسان باشد.
اصل برگشت پذیری اگر ضریب شکست محیط 2 نسبت به محیط 1 \(_1\mu_2= \frac{sin \ i}{sin \ r}\) باشد و ضریب شکست محیط 1 نسبت به محیط 2 \(_2\mu_1 = \frac{sin \ r}{sin \ i }\) ، سپس \(_1\mu_2 \times _2\mu_1 = 1\) یا می‌توان گفت \(_1\mu_2 = \frac{1}{_2\mu_1}\) |
سوال 1: اگر ضریب شکست شیشه نسبت به هوا 3/2 باشد پس ضریب شکست هوا نسبت به شیشه چقدر است؟
راه حل: a μg = 3/2، بنابراین g μ a \(\frac{1}{^3/_2} = \frac{2}{3}\) است.
سرعت: وقتی پرتوی نور از محیط کمیاب تر به محیطی متراکم تر شکست می شود، سرعت نور کاهش می یابد در حالی که اگر از یک محیط متراکم تر به محیط کمیاب تر شکست بخورد، سرعت نور افزایش می یابد.
فرکانس: فرکانس نور به منبع نور بستگی دارد بنابراین در هنگام شکست تغییر نمی کند.
طول موج: سرعت نور v در یک محیط، طول موج نور λ در آن محیط و فرکانس نور f به صورت v = fλ مرتبط هستند.
هنگامی که نور از یک محیط کمیاب تر به یک محیط متراکم تر عبور می کند، طول موج کاهش می یابد و زمانی که نور از یک محیط متراکم تر به یک محیط نادرتر عبور می کند، طول موج افزایش می یابد.
(1) عمق آب در یک ظرف، هنگامی که از هوا دیده می شود، کمتر به نظر می رسد
عمق واقعی سیستم عامل است. یک پرتو نور که از نقطه O شروع می شود و به صورت عمودی روی سطح آب-هوا می افتد، مستقیماً در امتداد SA حرکت می کند. یکی دیگر از پرتوهای OQ روی سطح آب-هوا در نقطه Q وقتی به هوا می رسد، از NQ معمولی خم می شود و در امتداد مسیر QT می رود. هنگامی که پرتو QT به عقب تولید می شود، دو پرتو شکست در نقطه P به هم می رسند. بنابراین P تصویر O است. بنابراین به نظر ناظر به دلیل شکست نور از آب به هوا، عمق ظرف به جای SO به نظر می رسد SP باشد. .
(2) طلوع زودهنگام و اواخر غروب آفتاب
(3) سراب در صحرا
گاهی اوقات در بیابان ها تصویری وارونه از یک درخت دیده می شود که تصور نادرستی از آب در زیر درخت ایجاد می کند. به این میگن سراب. علت سراب ناشی از شکست نور است. همانطور که در بیابان، شن و ماسه خیلی سریع گرم می شود به همین دلیل لایه هوایی که با ماسه در تماس است گرم می شود. در نتیجه هوای نزدیک به زمین گرمتر از لایه های هوای بالایی است. به عبارت دیگر، لایه های بالایی متراکم تر از زیر آنها هستند! هنگامی که یک پرتو نور از خورشید پس از بازتاب از بالای درخت از لایه متراکم تر به لایه نادرتر حرکت می کند، از حالت عادی خم می شود. بنابراین در شکست در سطح جداسازی لایه‌های متوالی، هر بار زاویه شکست افزایش می‌یابد و زاویه تابش پرتو از متراکم‌تر به نادرتر نیز افزایش می‌یابد تا به 90 درجه برسد. با افزایش بیشتر زاویه تابش از لایه متراکم تر به لایه نادرتر، بازتاب کاملی را متحمل می شود و اکنون نور منعکس شده از محیط نادر به متراکم تر حرکت می کند، بنابراین در هر شکست به سمت حالت عادی خم می شود. با رسیدن به چشم ناظر یک تصویر وارونه از درخت دیده می شود.
وقتی پرتو تابشی AB روی یک صفحه شیشه‌ای می‌افتد، در نقطه تابش B قرار می‌گیرد. هنگامی که پرتو شکست BC دوباره در نقطه C به سطح شیشه برخورد می کند، از حالت عادی خم می شود زیرا پرتو از شیشه به هوا می رود و مسیر CD را دنبال می کند. سی دی اشعه اضطراری موازی با پرتو فرودی AB است. بنابراین پرتوهای نوظهور و پرتو فرودی در یک جهت هستند اما به صورت جانبی جابجا می شوند.
منشور یک محیط شفاف است که توسط پنج سطح صاف با مقطع مثلثی محدود شده است. دو سطح متضاد منشور مثلث های یکسانی هستند در حالی که سه سطح دیگر مستطیل شکل هستند و روی هم متمایل هستند.
هنگامی که یک پرتو نور تک رنگ بر روی سطح منشور شیبدار می‌افتد، پرتو فرودی PQ روی صفحه منشور می‌افتد، از هوا به شیشه می‌رود، بنابراین به سمت حالت عادی خم می‌شود و از طریق مسیر QR حرکت می‌کند. هنگامی که پرتوی شکست QR به صفحه منشور در R برخورد می کند، شکست دیگری رخ می دهد. اکنون اشعه QR از شیشه به هوا وارد می شود، بنابراین از حالت عادی خم می شود و در جهت RS حرکت می کند. بنابراین، با عبور از منشور، پرتو نور به سمت پایه منشور خم می شود.
