فیزیک نور و ابزارهای نوری
تاریخچه:
نور پدیده ای است که جهان را روشن و قابل زندگی می سازد
تا میانه قرن هفدهم نور را ذرات مادی می پنداشتند که منبع نور مثلا شمع آتش یا خورشید از خود بیرون می افشاند در این زمان معلوم شد نور ماهیت تموجی نیز از خود نشان می دهد نظره ی موجی بودن نور مبتنی بر پدیده ی تداخل دو پرده ی نور و ایجاد نقاط تاریک و روشن بود مانند تداخل امواج صوتی سپس کشفیات دانشمندانی نظیر ماکسول و هرتز در نمه ی دوم قرن نوزدهم مححق ساخت نور بخشی از امواج اکترومغناطیسی است.
ماکسول در سال 1873 باساس نظریه معروف خود توانست سرعت انتشار این اواج را محاسبه کند و چنین برآمد که سرعت این امواج برابر با سرت انتشار نور در خلا است و در نهایت نتیجه گرفت نور به واقع و در ماهیت از جنس امواج الکترومغناتیسی است.
پس از یک دهه هرتز همتای دانشمن ماکسول امواج رادیویی را کشف کرد و معلوم شد که کلیه خواص مربوط به نور مانند پدیده ی تابش و بازتاب و شکست و قطبی شدن پلاریزاسیون و تداخل و پراش در مورد این امواج هم صادق است به این ترتیب نظره ی موجی بودن نور قوت یافت و تقریبا شکی نماند که نور ماهیت موجی دارد
لیکن با مطرح شدن نظریه ماکس پلانک در توجیه پدیده ی تابش جسم سیاه و نظریه انیشتین در توجیه پدیده ی فتو الکتریک در اواخر قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم یک بار دیگه نظریه ی ذره ای نور اذهان دانشمندان را به خود جلب کرد.در نظریه پلانک امواج الکترومغناطیسی به شکل بسته هایی به نام غوتون انتشار می یابند که اگر چه تظاهر موجی دارند تضاهر مادی هم از خود نشان می دهند.یعنی انرژی و نیرو دارند ضربه می زنند و بر کف ترازو فشار می آورند.پلانک بنابراین نظریه موفق به دریافت جایزه نوبل فیزیک در سال 1918 شد
در پی پلانک توجیه انیشتین در پدیده ی فوتو الکتریک موجب برگشت افتخار آمیز نظریه ی ذره ای بودن نور شد.جدال این دو نظریه خود داستان مفصل و زیبایی از برخورد اندیشه هاست.د رفیزیک نوین امروز فیزیک کوانتوم نور در ماهیت دو گانه لیکن در قالب یک وجود با نام ذرو.موج تظاهر می یابد
در فیزیک عکاسی رفتار موج گونه نو مد نظر است
طیف امواج الکترومغناطیسی
امواج الکترو مغناطیسی متشکل از دو میدان الکتریکی و مغناطیسی متعامد طیف بسیار گسترده ای دارد
امواج بسیار ریز کیهانی در یک سوی این طیف و امواج تپنده کیهانی به طول چندین هزار کیلومتر در سمت دگر طیف قرار دارد امواج گاما .پرتوهای ایکس پرتو های فرابنفش نور مرئی پرتوهای فروسرخ امواج مخابراتی مانند امواج رادار و میکروویو و تلویزیونی و رادیویی و امواج شنودی و امواج جریان همگی در این گستره وسیع قرار دارند که همگه از یک جنسند و از یک پدیده حاصل می شوند
امواج حوزه گاما از فعل و انفعالات هسته اتم پدید می آید و به دلیل کوتاهی موج از نفوذ انرژی زیاد برخوردار است برخی از این امواج پر قدرت حتی از بشکه های سرب به ضخامت 25 سانتیمتر عبور می کند و هیچ چیز سد راه آن ها نیست
امواج ایکس نبز از نفوذ زیاد برخوردارند و عمدتا در مطالعات علمی و عکسبرداری از اعضای داخلی بدن و رویت اشیاء داخلی مثلا داخل چمدان در فرودگاه استفاده می شود این امواج بر امولسیون لایه حساس به نور در فیلم عکاسی اثر می گذارد طول موج پرتو های ایکس 1 تا1/. نانومتر است
پرتوهای فرابنفش بیشتر خاصیت میکروب کشی دارند و در مراکز درمانی و بیمارستان ها برای نظافت و پاک سازی محیط به کار می روند پرتوهای فرابنفش نسبتا وسیع و از 1 نانومتر تا 400 نانومتر گسترده است
پرتو های مربی در طسف امواج الکترو مغناطیسی بخشی است که سلول های بینایی انسان و موجودات را تحریک و پدیده ی شگفت انگیز دیدن را بر می انگیزد حوزه امواج مربی 400-700 نانومتر است
پرتو های فروسرخ امواج گرمایی محسوب می شود این پرتو ها در کوتاه مدت بر امولسیون فیلم های معمولی چندان تاثیر نمی گذارد اساس کار در عکاسی از تاریکی پتو های فرو سرخ است و فیلم های خاص نیز مناسب آن ساخته می شود
امواج رادار و میکروویو و در پی آن امواج رادیویی و تلویزیونی در مخابرات کاربرد می یابند و امواج نسبتا بلند قلمداد می شوند حوزه اول امواج مخابراتی 1 میلیمتر تا چندین کیلومتر است
امواج بلند شنودی و امواج برق 50 هرتز شهری امواج فرابلند شمرده می شود و طول موج آن ها چند صد کسلومتر است
سرانجام در انتهای طیف الکترو مغناطیسی امواج تپنده کیهانی قرار دارد که از فراسوی کهکشان ها به سوی زمین می وزد و منشع آن تا کنون ناشناخته مانده است گسترده این امواج صدها کیلومتر است
طول موج بر حسب متر | نام لاتین | نوع موج |
فروتر از 1% نانومتر | Cosmic Rays | پرتوهای کیهانی |
فروتر از 1% نانومتر | Gamma Rays | پرتوهای گاما |
1%- نانومتر | X-Rays | پرتوهای ایکس |
1 – 400 ناننومتر | Ultra-violet rays | پرتوهای فرابنفش |
400 – 700 نانومتر | Visible light | نور مریی |
700 نانومتر – 1 م م | Infa-Red Rays | پرتوهای فروسرخ |
1 م م – ا سانتیمتر | Radar & MicroWave | امواج رادار و میکروویو |
10 سانتیمتر – 1 متر | Tv & F.M | امواج تلویزیونی و اف ام |
10 متر – چند کیلومتر | Radio Waves | امواج رادیویی |
1000 کیلومتر | A.C | امواج شنودی |
10000 کیلومتر | Cosmic Wind | امواج برق شهری |
نسیم کیهانی | نسیم کیهانی | نسیم کیهانی |
نور باریکه ای است بسیار کم عرض در طیف گسترده امواج الکترو مغناطیسی است با این حال نقشی عمده در حیات طبیعت و بشر ایفا می کند.نور به جهان انرژیو زندگی می بخشد پیرامون را روشن و شکل و فاصله و رنگ را آشکار می سزد
حوزه طول موج نور 400 تا 700 نا نومتر است که کمابیش برابر با اندازه سلول های استوانه ای و مخروطی باعث بر انگیختگی سلول ها شده که به نور خود احساس و آنگاه ادراک بینایی را در مغز بر می انگیزد
نور از چشمه نور بیرون می تابد شدت و رنگ نور به دمای چشمه نور بستگی دارد و بزرگترین چشمه ی نور در این بخش از جهان خورشید شکوهمند زمین خودمان است رنگ نور خورشید گر چه از هنگام طلوع تا غروب تا حدی تغییر می کند کمابیش سفید شمرده می شود چنانچه نور سفید خورشید را منشور بگذرانیم طیف هفت رنگ نور را در آن سوی منشور مشاهده خواهیم کرد در این حالت نر سفید به هفت رنگ تجزیه می شود که به ترتیب عبارتند از:
حوزه طول موج بر حسب نانونتر | علامت اختصاری | نام لاتین | رنگ |
400 - 440 | v | violet | بنفش |
440 - 480 | b | blue | آبی |
480 - 520 | c | cyan | فیروزه ای |
520 - 560 | g | green | سبز |
560 - 580 | y | yellow | زرد |
580 - 620 | o | orange | نارنجی |
620 - 700 | r | red | قرمز |
نورهای قرمز سبز و آبی رنگ های اصلی نور شمرده می شوند و RGB گفته می شود به آن ها رنگ های
در واقع آنچه به آن رنگ طبیعی اجسام نامیده می شود عبارت است از رنگ اجسام در نور خورشید . رنگ اجام در نور های مختلف دگرگون دیده می شود مثلا سیب سرخ در نور قرمز بی رنگ و
پیراهن زرد در نور زرد سفید نات به نظر می رسد
چشم انسان و بساری از موجودات از قدرت انطباق فوق العاده برخوردار است انسان معمولا رنگ اجسام را در نور سفید می سنجد مثلا یک پیراهن زرد در روشنایی لامپ تنگستن معمولی و در نور آسمان نیم روز تابستان و در صبح خاکستری و مه آلود زمستان کمابیش به رنگ دیده می شود در حالی که چنین نیست و رنگ اجسام در نورهای گوناگون طور دیگ به نضر میرسد به واقع رنگ پیراهن سفید در نور لامپ های معمولی عملا به قرمز تمایل پیدا میکند و رنگ آن در نور آسمان آبی ته رنگ آبی می یابد لیکن چشم انسان بی دلیل عادت و حافظه و نیز ادراک نخستین به سرعت خود را با نور محیط تطبیق می دهد و در شرایط رنگ زرد را در نور سفید ذخیره در حافظه می بیند
نور سفید نور خورشید در ساعات میان روز اصطلاحا نور سفید نامیده می شود این نور ترکیبی از تعداد بی شمار پرتو های مریی با طول موج های مختلف است مه مجموعا سفید یده می شود در واقع نور سفید را نمی توان در ردیف رنگ ها شمرد زیرا ترکیبی از همه ی رنگ هاست این نور در عبور از منشور به ترتیب عکس طول موج رنگ ها پراکنده می کند و نور آبی با طول موج کوتاه تر بیشترین شکست را نی یابد رنگ سبز بین این دو واقع است
رنگ های شاخص نور سفید یا رنگ های رنگین کمان به ترتیب طول موج عبارتند از قرمز و زرد و سبز و آبی و بنفش لیکن حد فاصلی بین آنهاست در رنگسم کمان رنگ قرمز بر فراز قوس و بنفش در حاشیه داخلی دیده میشود
در گذشته چون برای عدد هفت احترام خاص قائل بودند بنا به تقاضا و اصرار کشیشی ایتالیایی به نام دلیسی در قرون وسطی تعداد رنگ های رنگین کمان و تجزیه نور با منشور هفت رنگ اختیار شد که تا امروز این باور در اذهان عامه همچنان باقی مانده است اما این باور مبنای علمی ندارد در مطالعه دقیق و علمی نور سفید خورشید که توسط دانشمندآلمانی فرانهوفر به عمل آمده است نور سفید یه هشت حوزه یا نوار نوری تقسیم می شود
قرمز تیره | نوار A |
قرمز روشن | نوار B |
نارنجی | نوارC |
زرد خالص | نوارD |
سبز | نوارE |
آبی خالص | نوارF |
آبی - بنفش | نوارG |
بنفش | نوارH |
نور خورشید در شرایط جوی تغییرات قابل ملاحظه ای نشان می دهد بخار آب و غبار و ذرات وعلق هوا تا حدودی پتوهای بنفش و آبی و سبز را متوقف می سازد.از این رو نمای یک شهر در هوای غبار گرفته مه آلود به علت توقف طول موج های کوتاه ناواضح و چراغ اتومبیل ها هنگام شب به رنگ زرد دیده می شود در حالیکه در کوهستان و کنار دریا به علت وزش باد و پاکی هوا پتو های سبز < آبی و بنفش نفوذ بیشتری می یابند و مناظر تا دور دست وضو ح دارند
همچنین هنگام طلوعو غروب پرتوهای خورشید از قشر ضخیم تر جو عبور می کند و میزان بخار آب و ذرات معلق در مسیر آنها بیشتر است لذا پرتوهای بنفش و آبی تا حدودی متوقف می شوند و پرتوهای قرمز که طول موج بلندتری دارند بیشتر به زمین می رسند بی این جهت کرانه آسمان در این مواقع قرمز و نارنجی دیده می شود برعکس هنگام ظهر که خورشید عمود می تابد و نور از لایه نازکی می گذرد رنگ های نزدیک یه طیف آبی زیادتر است.حداکثر امواج آبی در طیف نور خورشید هنگام ظهر تابستان به زمین می تابد.
ویرایش و آماده سازی برای نشر پرهام سلیمی