۲۰ امتحان نهایی / مهارت فیزیک
دو مرز، دو شکست، رنگ‌ها

منشور؛
هر سطح را یک مسئلهٔ شکست جدا ببین

پرتو در منشور با دو مرز روبه‌رو می‌شود. برای هر سطح یک خط عمود تازه رسم کن، محیط مبدأ و مقصد را بنویس و مسیر را مرحله‌به‌مرحله ادامه بده.

شکل منشور را به دو مرز تبدیل کن

سطح ورود و سطح خروج را جدا نام‌گذاری کن. خط عمود هر سطح جهت متفاوتی دارد؛ استفاده از خط عمود سطح اول برای شکست سطح دوم، مسیر پرتو را نادرست می‌کند.

جدول دو سطح

سطح ورود: محیط ۱ ← محیط ۲ | سطح خروج: محیط ۲ ← محیط ۳ | خط عمود مستقل برای هر سطح

خم‌شدن کیفی را پیش از عدد پیش‌بینی کن

در ورود از محیط با ضریب شکست کمتر به بیشتر، پرتو به خط عمود نزدیک می‌شود. هنگام خروج به محیط با ضریب شکست کمتر، از خط عمود دور می‌شود. این پیش‌بینی، خطاهای عددی و رسم جهت معکوس را آشکار می‌کند.

پرتو تک‌رنگ را از نور سفید جدا کن

پرتو تک‌رنگ تنها یک مسیر شکست مشخص در مدل دارد. نور سفید مجموعه‌ای از طول موج‌هاست و اگر ضریب شکست ماده برای رنگ‌ها متفاوت باشد، مسیرهای خروجی از هم جدا می‌شوند.

پاشندگی را به وابستگی ضریب شکست پیوند بده

رنگ‌ها در ماده ضریب شکست یکسانی ندارند؛ بنابراین طبق قانون اسنل زاویهٔ شکست آن‌ها یکسان نمی‌شود. پاسخ کامل باید تفاوت ضریب شکست را به تفاوت انحراف مسیر مرتبط کند.

ترتیب رنگ‌ها را از داده یا مدل بخوان

اگر شکل یا جدول ضریب شکست داده شده است، رنگ با ضریب شکست بیشتر را با خم‌شدن بیشتر نسبت به خط عمود در ورود مقایسه کن. ترتیب را بدون توجه به جهت منشور و سطح خروج، صرفاً از جای رنگ‌ها روی صفحه حفظ نکن.

انحراف را با زاویهٔ شکست یکی نگیر

زاویهٔ شکست نسبت به خط عمود همان سطح تعریف می‌شود، در حالی که انحراف تغییر جهت کلی پرتو نسبت به مسیر اولیه است. در شکل، امتداد مسیر اولیه را ادامه بده تا زاویهٔ انحراف روشن شود.

نمونهٔ پاسخ تشریحی پاشندگی

«چون ضریب شکست منشور برای رنگ‌ها متفاوت است، هر رنگ در دو مرز با زاویهٔ متفاوتی می‌شکند؛ در نتیجه پرتوهای خروجی از هم جدا می‌شوند.» این زنجیره علت، قانون و پیامد را در یک پاسخ کوتاه کامل می‌کند.

منشور وارونه را دوباره تحلیل کن

با وارونه‌شدن منشور، جهت هندسی سطح‌ها عوض می‌شود. خط عمودها را دوباره رسم کن و مسیر را از نو بساز. عبارت‌هایی مانند «بالا» و «پایین» ویژگی ثابت یک رنگ نیستند؛ به جهت شکل وابسته‌اند.

بازتاب کلی در منشور را شرط‌دار بررسی کن

اگر پرتو از داخل منشور به مرزی با ضریب شکست کمتر برسد، امکان بازتاب کلی وجود دارد. زاویهٔ تابش داخلی را با زاویهٔ حد مقایسه کن. برای این حالت از راهنمای بازتاب کلی استفاده کن.

کنترل نهایی را روی دو عمود انجام بده

برای هر شکست، زاویه‌ها باید نسبت به عمود همان سطح باشند و مسیر کیفی با جهت تغییر ضریب شکست سازگار بماند. برای محاسبه از قانون اسنل کمک بگیر.