فصل سوم و چهارم(قسمت اول)

«نور ـ بازتاب نور» اگر در یک فضای بدون نور واقع شویم، نمی توانیم اطلاعات زیادی درباره‌ی آن فضا بدست آوریم .وجود نور اطلاعات ما را از محیطی که در آن قرار داریم افزایش می دهد انتشار نور وقتی خورشید طلوع می کند، قسمتی از سطح زمین که به طرف خورشید است، روشن می‌شود شب هنگام نیز ستارگان و ماه در آسمان می‌درخشند ولی روشنایی کمی به زمین می‌دهند وقتی نور از خورشید و یا هر شیء دیگری به چشم ما برسد، می‌توانیم آن‌ها را ببینیم دلیل دیدن خورشید و یا هر شیء نورانی دیگر به سبب انتشارنور  آن‌هاست محیطی که نور ازآن عبور می کند، مانند هوا، آب و شیشه، محیط شفاف نامیده می‌شود محیطی که نور از آن عبور نمی‌کند،مانند چوب، سنگ، آهن، محیط غیر شفاف(کدر) نامیده می‌شود چشمه‌ی نور گسترده و نقطه‌ای هرگاه اندازه‌ی یک چشمه‌ی نور در مقایسه با اندازه‌ی جسمی که مقابل آن قرار می‌گیرد و همچنین فاصله‌ی بین این جسم تا چشمه بزرگ باشد، آن را چشمه‌ی نور گسترده می‌گویند خورشید و چراغ مطالعه  را می‌توان به عنوان چشمه های نور گسترده در نظر گرفت           اما اگر اندازه‌ی چشمه‌ی نور در مقایسه با اندازه‌ی جسم مقابل آن و  فاصله ی جسم تا چشمه کوچک باشد، آن را چشمه‌ی نور نقطه‌ای  می‌‌نامند. اگر در یک قطعه مقوا، روزنه‌ی کوچکی ایجاد کرده و آن را جلوی یک چراغ قرار دهیم، یک چشمه‌ی نور نقطه‌ای حاصل می‌شود   باریکه‌ی نور اگر در یک جنگل به نور خورشید که از لابه لای درختان می‌گذرد ، توجه کنیم، مسیر نوری که مشاهده می‌شود، نوعی باریکه‌ی نور را نشان می‌دهد. همچنین اگر درب یک اتاق را اندکی باز کنیم، نوری که از شکاف میان درب و دیوار می‌گذرد، یک باریکه‌ی نور را نشان می‌دهد .باریکه‌ی نور با پهنای بسیار کم را پرتو نور می‌نامند. هر باریکه‌ی نور، شامل دسته ای از پرتو های نور است برای به وجود آوردن یک باریکه‌ی نور می‌توانیم روی مقوا شکاف باریکی ایجاد کرده و آن را جلوی یک چراغ قرار دهیم انتشار نور به خط راست در یک محیط شفاف، نور به خط راست منتشر می‌شود. بنابراین هر پرتو نور را با یک خط راست و پیکانی بر روی آن، که جهت انتشار نور را مشخص می‌کند، نشان می‌دهیم           سایه و نیم سایه اگر یک جسم کدر مقابل یک چشمه نور قرار داده شود، پشت آن فضای تاریکی ایجاد می‌شود که به آن سایه می‌گویند. به عنوان مثال سایه‌ی انسان روی زمین به علت قرار گرفتن در مقابل خورشید است هرگاه یک جسم  کدر را مقابل یک چشمه‌ی نور گسترده قرار دهیم‌، اطراف سایه، ناحیه‌ای نیمه روشن ایجاد می‌شود که به آن نیم سایه می‌گویند اگر جسم کدر مقابل یک چشمه‌ی نور نقطه‌ای قرار بگیرد، فقط سایه تشکیل می‌شود با افزایش فاصله‌ی چشمه ی نور و جسم کدر از یک‌ دیگر، اندازه‌ی سایه کوچک تر می‌شود           هرگاه ماه، زمین و خورشید در یک راستا باشند و ماه بین زمین و خورشید قرار گیرد، سایه‌ی ماه روی زمین می افتد و ناحیه‌‌ای از زمین که در سایه‌ی ماه قرار می‌گیرد،تاریک می‌شود این پدیده را خورشیدگرفتگی (کسوف) می‌نامند . افرادی که در ناحیه‌ی سایه قرار می‌گیرند، خورشید گرفتگی را کامل می‌بینند . ولی افرادی که در ناحیه‌ی نیم سایه قرار دارند، می‌توانند بخشی از خورشید را ببینند یعنی برای آن‌ها خورشید گرفتگی جزئی است هرگاه ماه، زمین و خورشید در یک راستا باشند و زمین بین ماه و خورشید قرار گیرد، سایه‌ی زمین ماه را فرا می‌گیرد، بنابراین ماه قابل رؤیت نیست. این پدیده را ماه گرفتگی(خسوف) می نامند                 برای تعیین اندازه‌ی سایه، شکل مقابل را در نظر بگیرید با استفاده از تشابه دو مثلث       داریم          که در این رابطه،  اندازه‌ی سایه ،   اندازه‌ی جسم کدر،  فاصله‌ی سایه تا چشمه و  فاصله‌ی جسم تا چشمه است             بازتاب نور می دانیم جسم‌ها را می‌توان به دو دسته‌ی منیر و غیرمنیر تقسیم کرد. اجسام منیر مانند خورشید یا یک لامپ روشن از خودشان نور دارند. بنابراین نور آن‌ها می‌تواند به طور مستقیم به چشم ما برسد و آن‌ها را ببینیم. اما اجسام غیرمنیر در صورتی توسط چشم قابل رؤیت است که نور یک چشمه‌ی نور از روی آن‌ها بازتاب شود و به چشم ما برسد دیده شدن اشیای درون اتاق، هنگامی که چراغ روشن است، به دلیل انتشار نور در اتاق وباز گشت نور از سطح اشیاء و رسیدن آن به چشم است ماه نور خود را از خورشید می‌گیرد. نوری که از سطح ماه بازمی‌گردد به چشم ما می‌رسد ومی توانیم آن را ببینیم بازگشت نور از سطح جسم‌ها را بازتاب نور می‌نامند. هرگاه سطح برخی از جسم‌ها مانند ورقه‌های تمیز نیکل، نقره و شیشه‌ی جیوه‌اندود شده  ،صاف و صیقلی باشد پدیده‌ی بازتاب را به خوبی نشان‌می‌دهند. بازتاب نور از سطح ‌های      صیقلی را بازتاب آینه‌ای می‌نامند. از این جا به بعد فقط همین نوع بازتاب را مورد بررسی قرار می‌دهیم پرتو نوری را که به سطح جسم‌ می تابد، پرتو تابش و پرتو بازگشت از روی سطح را پرتو بازتاب می‌نامند. نقطه‌ای روی سطح جسم که نور به آن می‌تابد، نقطه‌ی تابش نام دارد. زاویه‌ی بین پرتو تابش و خط عمود بر سطح در نقطه‌ی تابش را زاویه‌ی تابش  و زاویه بین پرتو بازتاب و خط عمود را زاویه‌ی بازتاب  می‌نامند.زاویه تابش و زاویه‌ی بین پرتو تابش و سطح آینه ( ) ، متمم یک ‌دیگرند. همچنین زاویه‌ی بازتاب   و زاویه‌ی بین پرتو  بازتاب و سطح آینه   ، متمم یک ‌دیگرند روی یک مقوای ضخیم نقاله‌ای رسم می کنیم  و آن را عمود بر سطح یک آینه که روی یک میز افقی قرار دارد می گذاریم . باریکه‌ی نور را با زاویه‌ی تابش معین روی سطح آینه می تابانیم. مشاهده می کنیم زاویه‌ی بازتاب با زاویه‌ی تابش مساوی است. اگر این عمل را برای زاویه ی معین دیگری نیز انجام دهیم ، به همین نتیجه می‌رسیم قانون‌های بازتاب آزمایش نشان می دهد الف-  پرتو تابش، پرتو بازتاب و خط عمود بر سطح آینه در نقطه‌ی تابش، هر سه در یک صفحه‌اند ب- زاویه ی تابش و زاویه ی بازتاب با هم برابرند           تصویر در آینه‌های تخت وقتی به آب نگاه می‌کنیم ،تصویر  جسم های کنار آن را در آب مشاهده می‌کنیم               یا وقتی مقابل یک آینه‌ی تخت می‌ایستیم، تصویر خود را در آن می‌بینیم                         علت دیده شدن جسم ها در آب و آینه، به سبب بازتاب نور از سطح آن هاو رسیدن پرتوهای بازتاب به چشم است. هر آنچه در آینه دیده می‌شود ،تصویر شیء مقابل آینه است هر گاه یک شیء مانند یک شمع مقابل یک آینه‌ی تخت قرار گیرد،پرتوهای نور از هر نقطه‌ی آن به آینه می تابد و از سطح آن بازتاب می‌شوند. اگر پرتوهای بازتاب به چشم ما برسند تصویر شمع را می توانیم بببینیم. محلی که پرتوهای بازتاب و یا امتداد ‌های آن ها یک‌دیگر را قطع می‌کنند، محل تشکیل تصویر است     یک شیشه ‌ی معمولی را به طور قائم روی یک میز افقی نصب می کنیم ،دو شمع مشابه را در طرفین این شیشه قرار می‌دهیم و یکی از شمع ها را روشن کرده و از طرف شمع روشن به داخل شیشه نگاه می‌کنیم. شمع خاموش و تصویر شمع روشن را در شیشه می بینیم . شمع روشن را جا به جا می کنیم تا تصویر آن بر شمع خاموش منطبق شود، در این  وضعیت شمع خاموش، روشن به نظر می رسد با اندازه‌گیری فاصله‌ی شمع روشن و شمع خاموش تا شیشه ،مشاهده می‌شود این دو فاصله با هم مساوی هستند . اینک اگر شمع روشن را قدری به شیشه نزدیک یا از آن دور کنیم ،برای آن که شمع خاموش همچنان روشن دیده شود ، باید به همان اندازه که شمع روشن را نزدیک یا دور کرده‌ایم، شمع خاموش را نیز نزدیک یا دور کنیم         ویژگی‌های تصویر در آینه‌‌ی تخت  تصویر مجازی است  تصویر نسبت به شیء مستقیم است  طول تصویر با طول شیء برابر است  فاصله‌ی تصویر با فاصله‌ی شیء تا آینه برابر است. و تصویر نسبت به شیء دارای وارونی جانبی است هر گاه تصویر از امتداد پرتوهای بازتاب حاصل شود ،آن را تصویر مجازی می‌گویند       هنگامی که نوشته‌ای را مقابل یک آینه قرار می‌دهیم ، در حالی که این نوشته ها از راست به چپ است، در آینه از چپ به راست دیده می شود . این تغییر سمت ایجاد شده توسط آینه را وارونی جانبی می نامند             آینه های کروی سطح آینه‌های کروی بخشی از سطح یک کره است . اگر سطح درونی کره صیقلی باشد، آن را آینه‌ی کاو ( یا مقعر یا همگرا) و اگر سطح بیرونی آن صیقلی باشد،آن را آینه ی کوژ ( یا محدب یا واگرا) می نامند         مرکز ـ محور اصلی مرکز آینه ، مرکز کره ای است که آینه بخشی از آن است خطی که مرکز آینه را به نقطه‌ی وسط آینه (نقطه‌ی ) وصل می کند، محور اصلی آینه نامیده می‌شود   قانون های بازتاب نور در مورد آینه های کروی هم به کار می روند               کانون آینه‌ی مقعر یا کاو ورق کاغذی را جلوی یک آینه‌ی مقعر که مقابل نور خورشید قرار دارد، جابجا می کنیم تا دایره‌ی روشن تشکیل شده روی آن به یک لکه‌ی نوررانی تبدیل ‌شود. محل این لکه ی نورانی ، کانون آینه‌ی مقعر  است . فاصله ی کانون تا آینه را فاصله‌ی کانونی آینه می‌نامند .می‌توان نشان داد، فاصله‌ی کانونی به طور تقریبی نصف شعاع آینه است. یعنی رسم پرتوهای بازتاب در آینه‌ی مقعر الف ـ هر پرتوی نوری که از مرکز آینه می‌گذرد و به آینه میتابد تا به صورتی است که امتداد آن از مرکز آینه می گذرد ، روی خودش باز می تابد           ب ـ هر گاه یک دسته پرتو نور موازی با محور اصلی و نزدیک به آن به آینه‌ی مقعری بتابند پرتوهای بازتاب در نقطه‌ای روی محور اصلی هم‌دیگر را قطع می‌کنند. به این نقطه ،کانون اصلی آینه‌ی مقعر می‌گویند     هرگاه پرتو نوری موازی با محور اصلی به آینه ی مقعر بتابد ،پرتو بازتاب از کانون اصلی می‌گذرد                 پ ـ هرگاه پرتو تابش یا امتداد آن از کانون بگذرد و به آینه بتابد، پرتو بازتاب آن موازی محور اصلی خواهد بود