بررسی ساختار و عملکرد منشور و قطب نما

نور و نیروی معناطیسی از انرژی های شگفت انگیز طبیعت هستند که اغلب در مباحث علم فیزیک، مورد بررسی قرار می گیرند. در این مطلب قصد داریم تا به معرفی منشور و قطب نما به عنوان دو وسیله کاربردی که در آن ها از نور و نیروی معناطیسی استفاده می شود، بپردازیم.

منشور چیست؟

شوشه یا منشور چیست؟ وسیله ای از جنس شیشه یا بلورهای دیگر است که می تواند نور را بعد از عبور تجزیه کند. این وسیله شامل دو بخش رأس و قاعده است. نقطه ای که در آن دو سطح صاف و شفاف غیرموازی در منشور همدیگر را قطع می کنند به نام «رأس منشور» و دو سطح طرفین راس، «قاعده منشور» نامیده می شوند. منشورها از مواد شفافی مثل شیشه، پلاستیک و یا فلوریت ساخته می شوند.

منشور به عنوان جسمی بلوری می تواند نور را به اجزای تشکیل دهنده خود تجزیه کند. نور خورشید دارای طول موج های مختلفی است و بر این اساس وقتی از یک منشور عبور می کند، ضریب شکست هر کدام از این طول موج ها متفاوت خواهد بود. از آنجاییکه ضریب شکست نور به طول موج و میزان انتشار نور بستگی دارد، بعد از عبور از منشور به رنگ های مختلفی تجزیه می شود. نور سفید خورشید بعد از تجزیه به صورت هفت رنگ قرمز، نارنجی، زرد، سبز، آبی، نیلی و بنفش منتشر می شود.

اکثر منشورها به شکل مثلث هستند. اما شکل های دیگری از منشورها با توجه به نوع کاربردشان در اشکال مستطیلی و شش ضلعی نیز ساخته می شوند.

کاربرد منشور

در دیودهای لیزری، لنزها، تلسکوپ، میکروسکوپ ها، دوربین ها و پریسکوپ های زیردریایی از منشوراستفاده می شود. این وسیله همچنین در تشخیص و درمان بیماری های مختلف چشم کاربرد دارد.

انواع منشور

علاوه بر این که شکل های قاعده منشورهای مختلف، متفاوت است، منشورها با توجه به نوع کاربردی که دارند نیز، متفاوت خواهند بود. بر این اساس سه نوع منشور چرخشی، جابجایی و بازتابنده وجود دارد.

از «منشور چرخشی» در برگرداندن، وارونه کردن و یا چرخاندن تصویرها که می تواند در دستگاه هایی چون میکروسکوپ، تلسکوپ، صنایع نجوم و دفاعی باشد، استفاده می شود. یک نوع منشور چرخشی به نام منشور گوه ای نیز وجود دارد که زاویه انحراف یک پرتو لیزر را از چند میلیونیم تا سه درجه تغییر می دهد.

«منشور بازتابنده» در ابزاری چون دوربین های رفلکس تک لنز و دوربین دو چشمی استفاده می شود. به دلیل اینکه ساختار این نوع منشور، باعث برگرداندن تصاویر می شود، تصویر نهایی به شکل برعکس دیده نمی شود.

«منشور جابجایی»، تنظیم شکل عادی یک پرتو را با حفظ مسیر آن، انجام می دهد. طبق عملکرد این نوع منشور، با این که پرتو نور جابجا می شود، اما وارونگی در عکس انجام نمی شود. میکروسکوپ و آندوسکوپی نمونه هایی از ابزارهایی هستند که در آن ها اغلب از منشور جابجایی استفاده می شود.

انواع منشور براساس شکل ظاهری

• از انواع منشورهای دیگر، منشور قائم الزاویه است که دارای قاعده ای مثلثی شکل است. در این نوع منشور، نور از یک وجه کوچک تابیده شده و بعد از بازتابیدن در وتر آن، از وجه کوچک دیگر این منشور بیرون می رود.
• برای ساختن نور قطبیده مسطح از منشور نیکول استفاده می شود.
• برای این که نور قطبیده در صفحه قطبش ساخته شود، منشور ولاستون به کار می رود.

حتما بخوانید: آموزش فلاتر از صفر تا صد با 14 درس رایگان

قطب نما چیست؟

کاربرد اصلی قطب نما تعیین جهت جغرافیایی است. پیش از قطب نما، ستاره ها و نشانه های محلی، علایم مورد استفاده برای جهت یابی در سفرها بودند. اجزای تشکیل دهنده یک قطب نما عبارت است از:

• صفحه پایه پلاستیکی برای نصب قطب نما
• پیکان متحرک برای نشان دادن جهت
• محفظه قطب نما
• صفحه ی مدرج دایره ای
• سوزن مغناطیسی چرخان
• پیکان جهت دار غیرمغناطیسی
• خطوط جهت دهی موازی با پیکان جهت دار

طرز کار قطب نما

اساس کار یک قطب نما میدان های مغناطیسی زمین است. هسته آهنی زمین با تحمل فشار گرانشی، بخش مایع و جامد دارد که میدان مغناطیسی زمین ناشی از حرکت در هسته خارجی مایع است.

دو قطب مغناطیسی شمال و جنوب در میدان مغناطیسی زمین وجود دارند که فاصله کمی با قطب های جغرافیایی دارند. با محاسبه همین میزان کم اختلاف زاویه بین قطب های جغرافیایی و قطب های مغناطیسی، می توان جهت یابی را انجام داد.

انواع قطب نما

یکی از انواع قطب نما، قطب نمای کشتی یا دریایی است که قبل از اختراع رادار و GPS، در پیدا کردن جهت ها از آن استفاده می شد. ژیروقطب نماها نمونه های دیگری هستند که در هواپیماها کاربرد دارند. این قطب نما با استفاده از ژیروسکوپ و جاذبه مغناطیسی، جهت های جغرافیایی را نشان می دهد.

قطب نمای گوشی موبایل

وسایل الکترونیکی مانند گوشی های موبایل و ساعت های هوشمند اغلب دارای قطب نمای جامد هستند. قطب نمای جامد با داشتن دو یا چند سنسور، جهت قطب های مغناطیسی را نشان می دهد.

قبله نما چیست؟

قبله نما نیز مانند قطب نما بر اساس میدان مغناطیسی زمین کار می کند. در واقع می توان گفت که قبله نما، نوع تکمیل شده ای از قطب نما است که برای نشان دادن قبله به کار می رود. در قبله نما با استفاده از یک نشانگر مجزا می توان با توجه به علامت هایی که برای شهرهای مختلف در صفحه قبله نما وجود دارد، جهت قبله را مشخص نمود. برخی از نسخه های جدید قبله نما دارای نمایشگر دیجیتال و همچنین شمارنده های دعا و صلوات هستند.