شکست

شکست (refraction)

خم‌شدن موج در گذار از محیطی به محیط دیگر. این پدیده از سرعت انتشار متفاوت موج در دو محیط با چگالی و ضریب شکست‌های متفاوت ناشی می‌شود. میزان شکست به چگالی‌های دو محیط، زاویۀ تابش موج با سطح محیط دوم، و مقدار تغییر سرعت بستگی دارد که به بسامد موج نیز مربوط می‌شود (پاشش/پاشیدگی). شکست برای همۀ انواع موج‌های پیش‌رونده، ازجمله موج‌های الکترومغناطیسی، موج‌های صوتی، و موج‌های روی سطح آب، اتفاق می‌افتد و با بازتاب، که متضمن تغییر سرعت نیست، تفاوت دارد.

شکست نور. میزان شکست تا حدی به زاویۀ برخورد نور با سطح ماده‌ای بستگی دارد که شکست در آن اتفاق می‌افتد، خط عمود بر سطح فصل مشترک بین دو محیط را خط عمود می‌گویند. زاویۀ بین پرتو نور فرودی و خط عمود بر سطح را زاویۀ تابش، و زاویۀ بین پرتو شکسته‌شده و خط عمود را زاویۀ شکست می‌نامند. مقدار زاویۀ شکست نمی‌تواند بیشتر از ۹۰ درجه باشد. شکست نور در برخورد با جام شیشه‌ای نمونه‌ای از شکست است. هنگامی‌ که نور از هوا وارد محیط غلیظ‌تر می‌شود، براثر شکست به خط عمود نزدیک‌تر، و هنگامی‌که از محیط شیشه‌ خارج و وارد هوا می‌شود، که محیطی رقیق‌تر است، از خط عمود دورتر خواهد شد. هرگاه سطوح ورودی و خروجی جام شیشه‌ای با هم موازی باشند، نور خروجی و نور تابیده‌شده موازی خواهند بود، اما اگر سطوح ورودی و خروجی باهم موازی نباشند، مانند آنچه در منشور اتفاق می‌افتد، نور خروجی با نور تابشی موازی نخواهد بود. در این ‌صورت، به زاویۀ بین پرتو فرودی و پرتو خروجی زاویۀ انحراف می‌گویند. میزان خم‌شدگی یا شکست، و تغییر سرعت موج شکسته‌شده، بستگی به‌ توان پاشش (پاشیدگی) دارد که به بسامد موج و ضریب شکست محیط ربط دارد. هنگامی که نور با محیطی غلیظ‌تر برخورد می‌کند، بسامد آن ثابت می‌ماند، ولی سرعت انتشارش تحت تأثیر الکترون‌های موجود در محیط غلیظ‌تر کاهش می‌یابد. بسامد ثابت بدان معنی است که تعداد موج‌های نور گذرنده در هر بازۀ زمانی یکسان است. اگر سرعت انتشار موج کاهش یابد، لازم است طول موج هم کاهش یابد تا بسامد ثابت بماند. در این ‌صورت، موج‌ها فشرده‌تر و به خط عمود نزدیک‌تر می‌شوند، به ‌طوری که گویی پس‌کشیده‌اند. ضریب شکست هر محیط حاکی از میزان خم‌شدن موج در آن محیط است. ضریب شکست هر ماده و محیط را از تقسیم سرعت حرکت موج در محیط اول به سرعت موج در ماده و محیط دوم به‌‌دست می‌آورند. ضریب شکست مطلق هر ماده برابر است با حاصل تقسیم سرعت نور در خلأ به سرعت نور در آن ماده. (← عمق_ظاهری)

شکست صوت. برخلاف آنچه در نور دیده می‌شود، امواج صوتی در محیط‌های غلیظ‌تر، مانند جامدات و مایعات، سریع‌تر از هوا منتشر می‌شوند. امواج صوتی هنگامی‌که وارد محیط جامد می‌شوند، سرعت حرکت و طول موج‌شان افزایش می‌یابد و براثر خم‌شدن، از خط عمود بر سطح جامد دورتر خواهند شد.امواج سطحی در آب. شکست موج‌های سطحی وقتی اتفاق می‌افتد که سرعت انتشار آن‌ها کاهش ‌یابد. سرعت انتشار موج سطحی با کم‌شدن عمق آب کاهش می‌یابد. جبهۀ موجی که به ساحل نزدیک می‌شود و از نقاطی با عمق‌های متفاوت عبور می‌کند، نمونۀ خوب این پدیده است. هنگامی‌که جبهۀ موج به‌‌طرف ساحل حرکت می‌کند، سرعت آن قسمت از موج که بر فراز نواحی کم‌عمق‌تر به ساحل نزدیک می‌شود کاهش می‌یابد. در این‌صورت، از طول موج متناظر به این قسمت نیز کاسته خواهد شد و به همین سبب، این قسمت از موج نسبت به قسمت مربوط به نواحی عمیق عقب می‌افتد و دیرتر به ساحل می‌رسد.

 

---