مشاهدات تجربی و آزمایشات نوری نشان می دهد که وقتی نور از یک محیط بر محیطی متفاوت از اولی می تابد مسیر اولی خودش را دنبال نمی کند:

اگر در کنار استخر آب بیاستید قامت خود را در آب کج می بینید.
اگریک نی را وارد یک لیوان آب بکنید و از بیرون به داخل لیوان نگاه کنید نی را خم شده حس می کنید.
درختان کنار رودخانه در داخل آب تصویر کجی دارند.
غواص های داخل آب باید از شکسته شدن مسیر نور در بین محیط ها با خبر باشند و الا ایستکاه اولیه خود را پیدانمی کنند. و هزاران پدیده دیگر

چرا شکست اتفاق می افتد؟

انتشار نور در محیط ها به کمیات فیزیکی محیط ها وابسته است وقتی نور از محیطی با گذر دهی الکتریکی (e1) و تراوایی مغناطیسی (m1) به محیطی با گذر دهی الکتریکی (e2 ) و تراوایی مغناطیسی (m2) گذر می کند با یک کمیات فیزیکی محیطی جدیدی روبرو می شود و سرعت غیر یکسانی در این دو محیط دارد از طرفی تغییرات سرعت هم با کمیات محیط (e,m)در ارتباط هست هم با کمیت اصلی محیط ضریب شکست (n)در ارتباط هست.پس ضریب شکست که از کمیات مهم نوری به حساب می آید از محیطی به محیط دیگر تعییر می کند بنابراین سرعت و مسیر پرتو نیز تغییر خواهد کرد.

محاسبه الکترومغناطیسی ضریب شکست

در حالت کلی از دید الکترو مغناطیس ( طیف الکترومغناطیسی ) ضریب شکست عبارتست از نسبت سرعت نور در خلا به سرعت نور در آن محیط بنابراین دراین رابطه (n=C/V ) ضریب شکست(n) و با حاصلضرب تراویایی نسبی مغناطیسی (km) و ضریب دی الکتریک (k)محیط مادی نسبت عکس مجذوری دارد.

اکثر محیط های نوری شفاف هستند. برای محیط های شفاف نوری ، خاصیت مغناطیسی چندان مطرح نیست در این صورت ضریب شکست با جذر ضریب دی الکتریک داده می شود.(n=\sqrt2{k})

چون میزان قطبش محیط های مادی متفاوت است و ضریب دی الکتریک با قطبش درارتباط است بنابراین ضریب شکست محیط ها از خواص الکتریکی بیشتر تأثیر می پذیرد. در اکثر گازها این مقدار ثابت است در اجسام غیر قطبی نیز جواب ها دقیق هستند امّا در موادی با مولکولهای قطبی مثلا آب و الکل و... این بستگی رادیکالی عوض می شود و آنهم به خاطر بالا بودن قطبش پذیری این اجسام است.

وابستگی فرکانسی ضریب شکست

ضریب شکست به فرکانس تابش وابسته است و این ویژگی برای همه محیط های نوری شفاف صادق است تغییر ضریب شکست در محیط مادی با فرکانس را پاشندگی ماده گویند. در چنین موادی دو حالت ممکن است اتفاق بیافتد اگر وابستگی از درجه اول طول موج باشد جذب نور نداریم. مانند پاشندگی شیشه در منشور ها که سبب تجزیه نور به رنگ های مختلف می شود. اگر مرتبه وابستگی بالاتر باشد مواد علاوه از پاشندگی جاذب نور نیز خواهند بود. این پاشندگی هست که سبب انحراف مسیر پرتو ها در گذر از محیط های مختلف می گردد چون میزان پاشندگی برای محیط های،مختلف متفاوت است.

این وابستگی گاهی مفید و گاهی زیانبار است مثلا در عدسی ها ابیراهی ها را سبب می شود و وضوح، دقت و کیفیت تصویر را کاهش می دهد و در منشور سبب تجزیه نور یک منبع به خطوط طیفی سازنده نورش می کند. در حالت کلی برای تشریح پاشندگی بایستی حرکت واقعی الکترونها( حرکات کاتوره ای یا ]براونی] » را در اثر ««بر هم کنش آنها با نور در محیطی که نور بر آن محیط می تابد و در آْن منتشر بررسی نمود.

در محاسبه میزان پاشندگی برای یک ماده ضرایب شکست فرانهوفر (ضرایب شکست در طول موج های فرانهوفر) لازم می شود. و نیز برای برخی سیستم ها دو نوع ضریب شکست داریم که در مبحث کریستالهای دو شکستی تشریح خواهیم کرد. از روی ضریب شکست مواد کاتالوگ‌هایی ساخته اند تا مواد را به راحتی بتوان در دستگاه های نوری مورد استفاده قرار داد. به عنوان نمونه ضریب شکست چند ماده را در زیر می آوریم.


منبع: رشد