آزمایش تعیین زاویه راس منشور

هدف آزمایش
تعیین زاویه راس منشور
تئوری آزمایش

منشور محیط شفافی است که توسط دو سطح تخت متقاطع از محیط اطراف جدا شده باشد. زاویه بین دو سطح متقاطع را زاویه راس و سطح مقابل آن را قاعده منشور گویند. هر یک از دو سطح متقاطع را وجه منشور نامند. هرگاه نور تکرنگی از یک وجه منشور با زاویه معین نسبت به خط عمود بر آن وجه بتابانیم، این نور پس از دو بار شکست متوالی در دو سطح جدایی محیطها (وجهای منشور) با زاویه‌ای متفاوت از منشور خارج می‌شود. زاویه بین پرتو تابش و پرتو خروجی را زاویه انحراف گویند.
زاویه انحراف ، بستگی به زاویه بین دو وجهی که نور از آنها وارد و خارج می‌شود دارد. انتخاب نور تکرنگ بدین دلیل می‌باشد که منشور نور سفید را علاوه بر انحراف به هفت رنگ تجزیه می‌کنند. چون طول موجهای متفاوت در یک محیط معین با زوایای متفاوتی شکسته و در منشور نیز خروجی شامل هفت رنگ ، که نور سفید شامل آنها است می‌باشد. با توجه به قوانین اسنل - دکارت و ساختار منشور روابط زیر در مورد منشورها حاکم هستند:
i: زاویه پرتو تابش
́i: زاویه پرتو خروجی
r: زاویه شکست پرتو تابشی
ŕ: زاویه شکست پرتو خروجی
A = r+r زاویه راس منشور
D = i+í-A زاویه انحراف
زاویه انحراف بستگی به زاویه تابش داشته و اگر منشور را حول محوری که از محل تلاقی پرتو تابشی با وجه منشور می‌گذرد، دوران دهیم، زاویه انحراف ابتدا کم می‌شود و به مقدار مینیممی می‌رسد و سپس با این که دوران در همان جهت ادامه دارد، زاویه انحراف بیشتر می‌شود.
در شرایط مینیمم انحراف i =i و در نتیجهr = r ، در این صورت زاویه مینیمم انحراف برابر است با:
Dm = 2i - A یا i= Dm + A/2 و در نهایت ضریب شکست منشور به صورت زیر بر حسب زاویه مینیمم انحراف و زاویه راس منشور حاصل می‌شود:
n = (Sin (Dm +A)/2)/Sin A/2

وسایل لازم

1. اسکپترومتر منشوری
2. کلیماتور (موازی ساز)
3. شعله سدیم یا لوله گسیلر حاوی گاز هلیوم و یا لامپ جیوه

شرح آزمایش

تنظیم اسکپترومتر
عدسی چشمی دوربین را طوری تنظیم کنید که تصویر خطوط متقاطع به نحوی دیده شود. دوربین را برای نور موازی میزان کنید (آنرا متوجه جسم دوری نمایید و تصویر آن را واضح ببینید) در این حالت نباید بین خطوط متقاطع که از داخل چشمی دیده می‌شود و تصویری که از داخل دوربین دیده می‌شود، پارالکس وجود داشته باشد. منبع را نزدیک شکاف کلیماتور قرار داده و پس از قرار دادن دوربین در امتداد لوله کلیماتور (موازی ساز) تصویر دقیق شکاف را در آن ببینید و یقین حاصل کنید که بین تصویر شکاف کلیماتور و خطوط متقاطع چشمی پارالکسی وجود ندارد.

تراز کردن منشور

منشور را روی حامل خود طوری قرار دهید که یکی از رئوس آن به محور حامل نزدیک باشد. آنگاه آن را بچرخانید تا یکی از وجوه آن بر خط رابط دو پیچ تنظیم دستگاه عمود باشد. حامل را چرخانده تا نور منعکس شده از هر دو وجه دیده شود. با تنظیم پیچهای تراز کاری کنید که تصویر شکاف در وسط میدان دید قرار گیرد (با تکرار).

اندازه گیری زاویه راس منشور

شکاف را تا آنجا که عملی است باریک کرده و تصویر آن را در اوضاع T1 دوربین با دقت بر تار رتیکول چشمی قرار دهید. پس از حصول این وضع زوایای1 θ و θ2 را روی ورینه‌ای که به دوربین متصل است بخوانید و ثبت نمایید.
2A = θ1 - θ2
با استفاده از این رابطه زاویه رأس منشور بدست می‌آید.

نتایج آزمایش

1. زاویه راس منشور مستقل از مسیر پرتوی تابسی است.
2. زاویه راس منشور به نوع ماده (ضریب شکست) ماده وابسته نیست.
3. تغییرات ضریب شکست منشور سبب تغییرات زاویه منیمم انحرافش می‌شود نه زاویه راسش.
4. برای سایر اندازه گیریهای اپتیکی زاویه راس منشور را ثابت و معین در نظر می‌گیرند.
منبع: دانشنامه ی رشد
/خ