سرعت نور در محیط‌های شفاف مختلف یکسان نیست، بطوریکه بیشترین سرعت آن در خلاء (یا تقریباً هوا) بوده و برابر 300000 کیلومتر بر ثانیه است. در محیط‌های دیگر مثل آب و شیشه و غیره سرعت نور کمتر از این مقدار است.

لذا هنگامی که محیط حرکت نور از نظر غلظت تغییر می‌کند سرعت آن نیز تغییر می‌نماید و با افزایش غلظت سرعت کاهش پیدا می کندو بر عکس. به این ترتیب علت شکست نور تغییر سرعت آن هنگام وارد شدن به محیط شفاف دوم است.

اگر دستمان را زیر آب ببریم مطمئناً در تصویر آن نسبت به بخشی که در آب نیست انحراف می‌بینیم. اگر در استخر آب، کف استخر را مشاهده کنیم، احساس می‌کنیم عمق آب کمتر از آن چیزی است که گفته شده است. همه‌ی این‌ها یک پدیده‌ی فیزیکی به نام شکست نور را بیان می‌کنند .

مثلاً اگر به یک سکه در ته لیوانی پر از آب نگاه کنید سکه بالاتر از محل واقعی خود به نظر می‌رسد یا وقتی که یک قاشق را به طور مایل در لیوان آب فرو می‌برید آن را در محل ورود به آب شکسته می‌بینید. برعکس اگر جسم در هوا باشد و از محیط غلیظ به آن نگاه کنیم جسم دورتر به نظر می‌رسد.

اگر به کف یک استخر نگاه کنید عمق آب کمتر از عمق واقعی به نظر می‌رسد، اگر در راستای نزدیک به خط قائم به کف استخر پر از آبی به عمق 5 متر نگاه کنید عمق آن تقریباً 4 متر به نظر می‌رسد.

پدیده سراب معمولاً در بیابان ها و جاده ها در روزهای گرم اتفاق می افتد. هر چه به سطح زمین نزدیک تر می شویم دمای لایه های هوا بیشتر و در نتیجه رقیق تر می شود.

پرتو های نور که از یک شئی دور مانند درخت به طور مایل به سطح زمین می تابند، در اثر عبور از لایه های غلیظ تر به لایه های رقیق تر به تدریج به طرف بالا شکست می یابند تا این که در لایه های نزدیک به سطح زمین زاویه تابش آنها از زاویه حد این لایه ها بزرگتر شده و بازتاب کلی صورت می گیرد.

پرتوهای بازتاب پس از شکست های متوالی( از لایه های رقیق تر به غلیظ تر ) به چشم ما می رسند، در این صورت لایه های نزدیک به سطح زمین که نور را باز می تابانند مانند سطح آب به نظر می رسند.

نور در یک محیط معین، به صورت مستقیم و با سرعت ثابت حرکت می کند، هرگاه محیط تغییر کند، سرعت نور نیز تغییر کرده و نور منحرف می شود و در مسیر جدید به خط راست حرکت می کند.

تغییر مسیر پرتو نور به هنگام عبور از یک محیط شفاف به محیط شفاف دیگر را شکست نور می گویند.

زاویه تابش: زاویه ای بین پرتو تابش و خط عمود (i)

زاویه شکست: زاویه ای بین پرتو شکست و خط عمود (r)

رابطه ی زاویه تابش و زاویه ی شکست:

1- اگر پرتو تابش عمود بر سطح مشترک بین دو محیط باشد،(یعنی زاویه آن با خط عمود برابر صفر باشد) در این صورت نور بدون شکست وارد محیط دوم شده و منحرف نمی شود.

2- اگر پرتو تابش از محیط رقیق وارد محیط غلیظ شود در این حالت پرتو شکست به خط عمود نزدیک می شود یعنی زاویه شکست از زاویه ی تابش کوچک تر می شود.

3- اگر پرتو تابش از محیط غلیظ وارد محیط رقیق شود، در این حالت پرتو شکست از خط عمود دورتر می شود و زاویه ی شکست از زاویه ی تابش بزرگ تر می شود.

•           کاربرد پدیده شکست نور :

با استفاده از پدیده‌ی شکست نور می‌توان نور سفید یا نورهای مخلوط از چندین طول موج را به امواج تشکیل دهنده آن تجزیه نمود.

•           مثالی از کاربرد بازتاب نور:

انگشت نگاری:

در تکنیک نوری انگشت بر روی یک منشور قرار می گیرد و به ان نور تابانده می شود. با اندازه گیری میزان نور بازگشتی از هر قسمت،تصویری از اثر انگشت شکل می گیرد. در روش ماورا صوت با توجه به میزان انرژی صوتی منعکس شده از سطح انگشت برای اشکار سازی لبه ها و شیارها استفاده میشود.

حسگرهای میدان الکتریکی بر اساس اندازه گیری اختلاف ظرفیت الکتریکی سطح انگشتی که حسگر را لمس می کند عمل میکنند و در نهایت حسگر های حرارتی با اندازه گیری اختلاف دمای سطح پوست، شیارها و لبه های اثر انگشت را نمایان میسازد

منشور چیست؟

منشور جسم شفاف و سختی است که معمولاً قاعده آن به شکل مثلث بوده و دارای دو وجه غیر موازی است. هرگاه پرتو نور تک رنگی را به یکی از وجه های آن بتابانیم، شکسته شده و به طرف قاعده ضخیم منشور منحرف می شود.

پاشیدگی نور توسط منشور چگونه است؟

تعریف: جداسازی رنگهای نور سفید به وسیله منشور را پاشیدگی نور می گویند.

تعریف طیف نور:

رنگهای تشکیل دهنده نور سفید را که به ترتیب عبارتند از: قرمز، نارنجی، زرد، سبز، آبی، نیلی، بنفش طیف نور سفید می نامند.

علت پاشیدگی نور سفید چیست؟

 طیفهای نور سفید متفاوت بوده و از هم جدا می شوند. بطوریکه نور بنفش بیشترین انحراف و قرمز کمترین انحراف را پیدا می کنند. زیرا ضریب شکست منشور برای نور بنفش از رنگهای دیگر نور سفید بیشتر و برای نور قرمز کمتر است.

•           مثالی از کاربرد منشور :

از منشورها معمولا برای بازتابش کلی و پاشیدگی نور استفاده می شود.

پریسکوپ یک دوربین زیر دریایی مخصوص مشاهده اشیا روی سطح آب است. این وسیله چشمی که بیش تر در زیر دریایی ها یافت می شود به فرد کمک می کند که اشیا واقع در فواصل دور یا نقطه کور را ببیند.

 پریسکوپ در ساده ترین شکل خود از یک استوانه بزرگی تشکیل شده که در هر سر آن یک آینه یا منشوری قرار دارد. وجود این نوع دوربین در زیر دریایی ها و تانک ها و سایر ادوات دفاعی بسیار ضروری است.

زیر دریایی ها می توانند به اندازه عمق پریسکوپ _ حدود 9 متر _ در زیر سطح آب باقی بمانند تا افسران نظامی یا کارکنان شان اشیای روی سطح آب را مشاهده کنند. تانک ها نیز می توانند به کمک این نوع دوربین ها از خطر حمله آتش گلوله و سلاح های شیمیایی در امان باشند. همچنین از پریسکوپ هادر آزمایشگاه ها و راکتورهای هسته ای استفاده می شود.

 پریسکوپ ها به دانشمندان و مهندسین این فرصت را می دهد که بدون به خطر انداختن سلامت خود از پدیده ها و وقایع، مشاهداتی داشته باشند.

 پریسکوپ هایی به نام اندوسکوپ یا دستگاه درون بین وجود دارند که در علم طب کاربرد فراوانی دارند و برای نگاه کردن به داخل بدن انسان مورد استفاده قرار می گیرند. امروزه اندوسکوپ ها از طریق دوربین های تلویزیونی بسیار ظریف به اجرای اعمال جراحی پیچیده کمک می کنند

منشورهای بازتابش کلی چه مشخصاتی دارند؟

این منشورها از شیشه ای که زاویه حد آن 42 درجه است ساخته می شوند و قاعده آنها به شکل مثلث قائم الزاویه متساوی الساقین است.

بازتابش کلی در منشورها به چند صورت انجام می گیرد؟

به دو صورت:

الف )یک بار بازتابش کلی و انحراف پرتو نوربه اندازه 90 درجه.

ب) دو بار بازتابش کلی و انحراف پرتو به اندازه 180 درجه.

عدسی:

عدسی، یا لنز از ابزارهای نوری است که نور در اثر عبور از آن می‌شکند و همگرا یا واگرا می‌شود. عدسی‌ها از ماده‌های شفاف مانند شیشه و پلاستیک ساخته می‌شوند.

عینک طبی و ذره‌بین و لنز دوربین‌های عکاسی و دوربین دوچشمی همه با عدسی ساخته شده‌اند. عدسی‌ها از نظر شیوه شکست نور در آن‌ها به دو دسته همگرا (محدب) و واگرا (مقعر) تقسیم می‌شوند

 عدسی همگرا: در عدسی همگرا، پرتوهای تابش، پس از شکست و گذر از عدسی، به هم نزدیک می‌شوند (یعنی همگرا می‌شوند) در عدسی‌های همگرا، لبه‌ها نازکتر از وسط آن است

عدسی واگرا: در عدسی‌های واگرا، پرتوهای تابش، پس از شکست و گذر از عدسی، از هم دور می‌شوند (یعنی واگرا می‌شوند). لبهی این عدسی‌ها پهن‌تر از وسط آن است.

•           ما چگونه می بینیم؟ 

مراحل دیدن زمانی شروع می شود که نور با برخورد به اجسام تا حدی بازتاب شده و به چشم ما می رسد.بهترین دید زمانی است که این تصویر کاملا روی شبکیه چشم تشکیل شود.شبکیه چشم بافتیست در پشت چشم که سلول های حساسه آن شبیه سلول های فیلم دوربین عکاسی تصاویر را ثبت می کند.و توسط سلول های عصبی چشم به مغز می فرستند.

عدسی چشم:

عدسی، یک ساختمان دیسک‌مانند شفاف در پشت مردمک (سوراخ تاریک در مرکز چشم) و عنبیه (بخش رنگی مجزا در اطراف مردمک) می باشد. عدسی چشم، یک عدسی همگرای دوکوژ بزرگ است .

عدسی کمک می کند تا نورهای وارد شده به چشم بر روی شبکیه (ناحیه ای واقع در پشت چشم که پیام های عصبی بینایی را ایجاد می کند و آنها را به سمت مغز برای ایجاد تصویر بصری برای مشاهده اجسام انتقال می دهد) به خوبی و به صورت دقیق متمرکز شوند.

•           بیماریهای چشمی مرتبط با عدسی:

1. آب مروارید در واقع حالت تار و کدر شدن لنز یا عدسی چشم است.

2. عدسی در پشت مردمک واقع شده است و عمل تطابق و متمرکز کردن نور بر روی شبکیه را انجام می‌دهد. در هنگام مطالعه، عدسی با تغییر انحنای خود این امکان را ایجاد می‌نماید که بتوانیم اجسام نزدیک را بخوبی ببینیم. این قابلیت از سن 45-40 سالگی به بعد، کاهش می‌یابد و بنابراین پیر چشمی عارض می‌گردد، بدین معنا که برای دید نزدیک و مطالعه نیاز به عینک جداگانه خواهد بود

3. نزدیک بینی و دوربینی:

الف) دوربینی

یعنی چشم تصویر اجسام دور را به راحتی می بیند اما تصویر اجسام نزدیک را تار می بیند.

•           علت: توان عدسی چشم کم است(عدسی نازکتر از حالت طبیعی)

•           چشم دوربین تصویر اجسام نزدیک را پشت شبکیه تشکیل می دهد.

•           برای رفع دوربینی چشم باید توان عدسی چشم را افزایش دهیم برای این کار از یک عدسی محدب استفاده می شود.

ب)نزدیک بینی

یعنی چشم تصویر اجسام نزدیک را به راحتی می بیند اما تصویر اجسام دور را تار می بیند.

•           علت: توان عدسی چشم زیاد است(عدسی ضخیم تراز حالت طبیعی)

•           چشم نزدیک بین تصویر اجسام دور را جلوی شبکیه تشکیل می دهد

•           برای رفع نزدیک بینی چشم باید توان عدسی چشم را کاهش دهیم. برای این کار از یک عدسی مقعر استفاده می شود.

بسته به اینکه جسم در چه فاصله‌ای از عدسی قرار گیرد دارای تصویری حقیقی یا مجازی ، مستقیم یا وارون ، راست یا برگردان ، کوچکتر از جسم یا بزرگتر از آن و ... هستیم. 

به کمک ضریب شکست شیشه عدسی درچشم پزشکی، نمره چشم را مشخص می‌نمایند. یعنی با داشتن فاصله کانونی مورد نیاز برای چشم بیمار جهت اصلاح چشم ، عینک مربوطه به بیمار داده میشود.