معماران ایران زمین در بناهایی که می ساختند، بسیار هنرمندانه از نور و ویژگی های آن استفاده می کردند.
دریاچه های آبی رنگ، جنگل های سبز، ابرهای سفید، غروب سرخ رنگ خورشید برای هر شخصی که آنها را می بیند، لذت بخش است؛ ولی با مطالعهٔ بخشی از علوم به نام نورشناسی، که رفتار نور را بررسی می کند، می توان به درک بهتری از دنیای قابل مشاهده دست یافت.

چشمه های نور

در علوم دورهٔ ابتدایی آموختید هر جسمی که از خود نور تولید می کند، جسم منیر یا چشمهٔ نور نامیده می شود. خورشید، لامپ روشن و هر جسم شعله ور، مانند شمع روشن، نمونه هایی از چشمهٔ نورند؛ اما جسم هایی مانند مداد، کتاب و بیشتر چیزهایی که در اطرافمان می بینیم از خود نوری تولید و منتشر نمی کنند و جسم غیر منیر نامیده می شوند.



جسم های غیرمنیر، نوری را که از چشمه های نور به آنها تابیده می شود به طرف چشم ما بازمی تابانند و ما آنها را می بینیم

خورشید و لامپ روشنی که زیر نور آنها مطالعه می کنیم، نمونه هایی از چشمهٔ گستردهٔ نورند؛ همچنین ستارگانی که در آسمان شب می درخشند یا لامپ روشنی که در فاصلهٔ نسبتاً دوری از ما قرار دارد، از جمله چشمه های نقطه ای نورند.

نور چگونه منتشر می شود؟

وقتی نور از شکاف میان یک یا چند جسم کدر عبور می کند، مسیر نور روی زمین، باریکهٔ نوری تشکیل می دهد. هرچه عرض شکاف کمتر باشد، باریکهٔ نوری که تشکیل می شود، نازک تر خواهد بود.



نازک ترین باریکهٔ نوری را که بتوان تصور کرد، پرتو نور نامیده می شود. هر باریکهٔ نور در عمل از تعداد بی شماری پرتو نور موازی تشکیل شده است. هرچند هرگز نمی توان پرتوهای نور را به طور جداگانه ایجاد کرد. در مبحث نورشناسی، الگوی پرتو نور برای نمایش مسیر نور روی کاغذ بسیار مفید است.



به طور کلی یک باریکهٔ نور می تواند شامل مجموعه ای از پرتوهای موازی، واگرا و همگرا باشد.

تجربه های روزانهٔ ما نشان می دهد که نور در خط راست منتشر می شود؛ برای مثال پرتوهای نور خورشید وقتی از لابه لای شاخ و برگ درختان به زمین می رسند، نشانگر این است که نور در خط راست منتشر می شود.

سایه چگونه تشکیل می شود؟

برخی اجسام مانند شیشه و آب، نور را از خود عبور می دهند و بسیاری دیگر مانند چوب، سنگ و مقوا جلوی عبور نور را می گیرند. به جسم هایی که نور از آنها عبور می کند، جسم شفاف و به جسم هایی که مانع عبور نور می شوند، جسم کدر می گویند؛ همچنین به جسم هایی مانند کاغذ پوستی، که تنها بخشی از نور تابیده شده را عبور می دهند و از پشت آنها اجسام به وضوح دیده نمی شوند، جسم نیمه شفاف گفته می شود.
هرگاه جسم کدری مقابل یک چشمهٔ نور قرار گیرد در پشت جسم، فضای تاریکی ایجاد می شود که به آن سایه می گویند.
وضوح سایه در مرز آن به ابعاد چشمهٔ نور بستگی دارد. اگر چشمهٔ نور نقطه ای باشد یا مطابق شکل 5_الف یک صفحهٔ کدر با روزنهٔ کوچک را بین جسم و چشمهٔ نور قرار دهیم، سایه ای با مرزهای واضح روی پرده تشکیل می شود. در غیر این صورت، علاوه بر آن نیم سایه ای نیز روی پرده تشکیل می شود.



یکی از تماشایی ترین سایه ها را روی زمین وقتی می بینیم که ماه از فضای بین زمین و خورشید عبور کند و هرسه در یک راستا قرارگیرند؛ این حالت، خورشیدگرفتگی (کسوف) نامیده می شود. شکل ۶ هر چند با مقیاس مناسبی رسم نشده است، پدیدهٔ زیبای خورشیدگرفتگی را نشان می دهد.



ماه گرفتگی یا خسوف پدیدهٔ طبیعی دیگری است که وقتی زمین بین ماه و خورشید قرار می گیرد و با آنها در یک جهت باشد، رخ می دهد. هنگام ماه گرفتگی نور خورشید به ماه نمی رسد و سایهٔ زمین روی ماه می افتد.

بازتاب نور

تا اینجا آموختید که چشمه های نور مانند خورشید، لامپ روشن و شعلهٔ شمع به این دلیل دیده می شوند که نور ایجاد شده توسط آنها به طور مستقیم به چشم ما می رسد؛ همچنین اجسام غیرمنیر هنگامی دیده می شوند که نور یک چشمهٔ نور مانند لامپ روشن از سطح آنها برگردد و به چشم ما برسد. برگشت نور از سطح اجسام را بازتاب نور می نامند.



اگر سطح یک جسم، مانند آینهٔ تخت، کاملاً صاف و هموار باشد، همهٔ پرتوهای موازی را که به آن می تابند به صورت پرتوهای موازی بازمی تاباند. این بازتاب را بازتاب منظم می نامند.

سطح بسیاری از اجسامی که در اطراف ما وجود دارند، ناصاف است. حتی اگر با میکروسکوپ، سطح یک ورقهٔ کاغذ یا مقوا را مشاهده کنیم برخلاف تصور ما، بسیار ناهموار است؛ بنابراین وقتی یک دسته پرتو موازی نور به سطح صفحه می تابد در جهت های مختلف و به طور نامنظم بازمی تابند.
این بازتاب را بازتاب نامنظم می نامند.

قانون بازتاب نور

شکل ۱۱ بازتاب یک پرتو نور را از سطح یک آینهٔ تخت نشان می دهد. خط عمود بر آینه در نقطهٔ تابش با خط چین نشان داده شده است. زاویهٔ بین پرتو تابش و خط عمود را زاویهٔ تابش و زاویهٔ بین پرتو بازتاب و خط عمود را زاویهٔ بازتاب می نامند.



برای تمامی سطوحی که نور را بازمی تابانند از جمله آینهٔ تخت، قانونی به نام قانون بازتاب نور وجود دارد. برای آشنایی با این قانون ابتدا آزمایش مقابل را انجام دهید.

با انجام دادن آزمایش بالا به این نتیجه می رسیم که زاویه های تابش و بازتاب باهم برابرند. این نتیجه به قانون بازتاب نور موسوم است.

تصویر در آینهٔ تخت

آیا تاکنون به این موضوع فکر کرده اید که تصویر یک جسم در آینهٔ تخت، که سطحی صاف و صیقلی دارد، چگونه تشکیل می شود؟
وقتی جسمی مقابل یک آینهٔ تخت قرار می گیرد، پرتوهای نور از هر نقطهٔ آن به آینه می تابند. این پرتوها پس از بازتاب از آینه به چشم ما می رسند و سبب دیده شدن جسم در آینه می شوند. شکل پایین تصویری است که در آینهٔ تخت تشکیل می شود، شبیه جسم است و به نظر می رسد، پشت آینه قرار دارد. از آنجا که می دانیم پشت آینه چیزی نیست، می گوییم تصویر تشکیل شده در آینهٔ تخت، تصویر مجازی است.

آینه های کروی

همان طور که دیدیم، آینهٔ تخت، تصویری تشکیل می دهد که درست به همان اندازهٔ جسم است. ولی در موارد زیادی لازم است تصویر نسبت به جسم، بزرگ تر یا کوچک تر باشد.



آینه هایی که مطابق شکل ۱۳ ب و پ تصویری بزرگ تر یا کوچک تر از جسم تشکیل می دهند، آینهٔ کروی نامیده می شوند. سطح این آینه ها، قسمتی از سطح یک کره است. اگر سطح بیرونی یک پوستهٔ کروی را با لایهٔ نازکی از جیوه بپوشانیم، سطح درونی آن صیقلی و بازتاب دهندهٔ نور خواهد بود.

در این صورت به آن، آینهٔ مقعر یا کاو می گویند شکل ١۵ -الف)؛ همچنین اگر سطح درونی پوستهٔ کروی را با لایهٔ نازکی از جیوه بپوشانیم به آن، آینهٔ محدب یا کوژ گفته می شود. در آینه های کوژ سطح بیرونی یا برآمده، صیقلی و بازتاب دهندهٔ نور است.

آینه های کاو

اگر بخواهیم نتیجهٔ آزمایش بالا را به کمک پرتوهای نور نشان دهیم، می توان گفت هرگاه جسمی در فاصلهٔ دوری از یک آینه قرار داشته باشد، پرتوهایی که از آن جسم به سطح آینه می تابند با یکدیگر موازی اند. این پرتوها پس از بازتاب از آینهٔ کاو، همگرا می شوند و یکدیگر را در نقطه ای به نام کانون آینه قطع می کند.



آینه های کاو کاربردهای فراوانی دارند؛ برای مثال دندانپزشکان برای دیدن لکه های دندان از آینهٔ کاو استفاده می کنند. برای این کار، آینه را طوری پشت دندان ها قرار می دهند که دندان موردنظر در فاصلهٔ بین آینه و کانون آینه قرار گیرد. در این حالت تصویری مجازی و بزرگ تر از دندان در آینه تشکیل می شود. برای بررسی ویژگی های تصویر در آینهٔ کاو، وقتی جسم خارج از کانون آینه قرار دارد، آزمایشی را که در ادامه آمده است، انجام دهید.

آینه های کوژ

وقتی پرتوهای موازی نور به سطح یک آینهٔ کوژ بتابند، پس از بازتاب از آینه از یکدیگر دور یا واگرا می شوند. امتداد این پرتوها در پشت آینه یکدیگر را قطع می کنند. به این نقطه کانون مجازی آینهٔ کوژ گفته می شود. فاصلهٔ کانون تا آینه، فاصلهٔ کانونی نامیده می شود.