منشور چیست؟ انواع منشور و کاربرد آنها

منشور (Prisms) یک شی شفاف هندسی با حداقل دو صفحه صیقلی است که نسبت به یکدیگر متمایل هستند و نور از آنها منعکس یا منتشر می شود.

این شی هندسی از مواد شفافی مانند شیشه، پلاستیک و فلوریت ساخته شده است. از این اشیاء هندسی برای هدایت نور در زاویه تعیین شده استفاده می شود. آنها می توانند جهت نور را با بازتاب داخلی معکوس کنند.

منشورها معمولا بر اساس شکل پایه طبقه بندی می شوند. به عنوان مثال، منشورهای مثلثی، مستطیلی، شش ضلعی بیشترین کاربرد را در جهان دارند. طراحی این شی هندسی نحوه تعامل نور با آن را تعیین می کند. یک منشور معمولی مثلثی می تواند نور سفید را به رنگ های تشکیل دهنده آن، به شکل رنگین کمان جدا کند.

هنگامی که نور وارد یک منشور زاویه راست می شود، از یک سطح منعکس می شود و در نتیجه باعث می شود که نور در زاویه ۹۰ درجه هدایت شود. به طور مشابه، هنگامی که نور وارد یک شی هندسی گوه ای می شود، باعث انحراف نور از طریق شکست می شود.

در مبحث منشور چیست کلاس پنجم و همچنین علوم هشتم مواردی همچون یال منشور و قاعده منشور کاملا شرح داده شده است. در ادامه مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک توضیحات بیشتری در این رابطه ارائه می گردد لطفا ما را همراهی کنید.

کاربرد منشور چیست؟

منشور یک شی هندسی شفاف با سطوح صاف و صیقلی است که نور را شکست می دهد. این شی هندسی دارای حداقل دو سطح مسطح است که بین آنها زاویه وجود دارد. زوایای دقیق بین سطوح به کاربرد آن بستگی دارد. شکل هندسی سنتی این شی یک با اضلاع مستطیلی است که در استفاده محاوره ای معمولا «منشور» به این نوع اشاره دارد. برخی از انواع منشورهای نوری در واقع به شکل منشورهای هندسی نیستند. این اشیا هندسی را می توان از هر ماده شفافی برای انعکاس طول موج های خاص ساخت.

این اشیا هندسی باید استحکام بالایی داشته باشند و با  دقت بسیار زیادی ساخته شوند. بنابراین به یک فرد ماهر نیاز است که به طور دستی سطوح منشور را بازرسی و تنظیم کند.

تاریخچه استفاده از منشور

در قرن سیزدهم، از بلورهای شش وجهی کوارتز طبیعی برای تولید رنگین کمان استفاده شد. در اواخر دهه ۱۶۶۰ مردم معتقد بودند که رنگ، آمیزه ای از روشنایی و تاریکی است و منشورها به دلیل واکنش هایی که داخل شیشه رخ می دهد نور را رنگ آمیزی می کنند. درک مدرن ما از نور و رنگ ناشی از آزمایش هایی است که در سال ۱۶۷۲ توسط اسحاق نیوتن انجام شد. او توانایی یک شی هندسی را در تجزیه نور سفید به رنگ های اجزای آن و همچنین ترکیب مجدد طیف به نور سفید را به ما نشان داد.

امروزه، این شی هندسی یک ابزار قدرتمند است که کاربردهای بسیار بیشتری از پراکندگی نور ارائه می دهد. همچنین این قابلیت را دارد که عکس ها را معکوس کرده، چرخش و جهت دهی کند. این فرآیند شامل چرخاندن تصویر بر روی محور افقی یا عمودی آن، چرخاندن آن به میزان ۱۸۰ درجه یا حتی تغییر جهت است.

اصول کارکرد منشور

این شی هندسی یک جز نوری است که جهت نور را پراکنده یا تغییر می دهد. در برخی موارد، منشور بیش از یک عملکرد دارد. شکل یک منشور و زوایای بین سطوح آن بسته به کاربرد آن متفاوت است.

سرعت نور با حرکت از یک محیط به محیط دیگر، مانند هوا یا شیشه تغییر می کند. این تغییر سرعت باعث شکست نور می شود و باعث می شود که نور با زاویه متفاوتی وارد محیط بعدی شود. قانون اسنل که به قانون شکست نیز معروف است، برهم کنش بین نور و سطح نوری را توصیف می کند. علاوه بر این، رابطه بین زوایای مسیرهای ورود و خروج نور را از طریق تصویری با ضریب شکست متفاوت توضیح می دهد.

ضریب شکست، یک عدد بدون بعد است که نحوه انتشار نور در آن محیط را توصیف می کند و معمولا بر اساس رنگ نور مورد استفاده متفاوت است. این مفهوم به عنوان پراکندگی شناخته می شود. رنگ های مختلف نور به طور متفاوتی شکست می خورند و منشور آنها را در زوایای مختلف پراکنده می کند. این امر توضیح می دهد که چرا نیوتن در آزمایش های خود توانست نور سفید را به رنگ های تشکیل دهنده آن تفکیک کند.

انواع منشور

این شی هندسی به طور معمول بر اساس اشکال قاعده آن مانند مثلث، مستطیل و شش ضلعی طبقه بندی می شود. با این حال، آنها علاوه بر شکل هندسی، بر اساس عملکردشان نیز طبقه بندی می شوند. متداول ترین انواع بر اساس عملکرد شامل منشورهای پراکندگی، بازتابی، چرخشی و جابجایی هستند.

به طور کلی، منشورهای بازتابی، جابجایی و چرخشی در برنامه های تصویربرداری استفاده می شوند. از طرف دیگر منشورهای پراکندگی برای پراکندگی نور ساخته شده اند بنابراین برای برنامه هایی که به تصاویر با کیفیت بالا نیاز دارند، مناسب نیستند. چنین اشیا هندسی مانند Equilateral و Littrow برای طیف سنجی و تنظیم لیزر ایده آل هستند.

منشور بازتابنده

منشورهای بازتابنده، قادرند پرتوهای نور را با چرخاندن و وارونه کردن دستکاری کنند. این نوع از اشیاء هندسی معمولا برای ساختن تصویر مشاهده شده از طریق دوربین دو چشمی یا دوربین های رفلکس تک لنز استفاده می شوند. بدون منشورهای بازتابنده، تصویر برای افرادی که از این وسایل استفاده می کنند، وارونه خواهد بود.

منشور چرخشی

همانطور که از نام آنها پیداست، منشورهای چرخشی، معمولا برای چرخاندن، وارونه کردن یا برگرداندن تصاویر استفاده می شوند. این اشیا هندسی برای استفاده در میکروسکوپ، تلسکوپ و صنایع میکروسکوپی، نجوم یا صنایع دفاعی ایده آل هستند. منشور گوه ای، نوعی منشور چرخشی است که می توانند پرتو لیزر را از چند میلیونم درجه تا سه درجه زاویه منحرف کنند.

منشور جابجایی

در نهایت، عملکرد منشور جابجایی این است که جهت مسیر یک پرتو را حفظ کند و در عین حال  آن را به حالت عادی تنظیم کند. اشیا هندسی Rhomboid می توانند یک پرتو نور را به صورت جانبی جابجا کنند، بدون اینکه عکس را وارونه کنند. منشورهای زاویه راست که در دسته منشورهای چرخشی نیز قرار می گیرند، می توانند مسیر پرتو را تا ۹۰ درجه منحرف کنند. این ویژگی در زمینه هایی مانند آندوسکوپی، میکروسکوپ و ابزار پزشکی بسیار مفید و کارآمد است.

کاربرد منشور در وسایل نوری

یکی از قابل توجه ترین ویژگی های این اشیاء هندسی، توانایی آنها در مدل سازی به عنوان یک سیستم از آینه های صفحه ای است که بازتاب نور را در محیط منشوری شبیه سازی می کند. این ویژگی منحصر به فرد امکان جایگزینی مجموعه ای از آینه ها را فراهم می کند که احتمالا مفیدترین کاربرد این اشیاء هندسی است.

به طور معمول، برای دستیابی به نتایج مشابه با یک منشور منفرد، به چند آینه نیاز است. جایگزینی این شی هندسی به عنوان یک جزء نوری واحد احتمال خطای تراز را کاهش می دهد، دقت را افزایش می دهد و پیچیدگی سیستم را کاهش می دهد.

 ابزارهای تحقیقاتی

منشورها در دستگاه هایی مانند میکروسکوپ، لنز، تلسکوپ و دیودهای لیزری کاربرد دارند. توانایی آنها در دستکاری و خم کردن نور در این بخش بسیار مهم است. دوربین ها، میکروسکوپ ها و حتی پریسکوپ های زیر دریایی از این اشیاء هندسی در عملکرد خود استفاده می کنند.

در خط مقدم صنعت ابزار نوری، دانشمندان حتی در حال توسعه منشورهای پراکندگی فوق سریع هستند که به طور خاص برای برآوردن خواسته های منحصر به فرد سیستم های لیزری پالس فوق کوتاه طراحی شده اند.

چشم پزشکی

چشم پزشکی، علمی که به مطالعه و درمان بیماری های چشم می پردازد از قرن نوزدهم از این شی هندسی برای تشخیص و درمان بیماری های مختلف چشم استفاده می کند. چشم پزشکان از نور منعکس شده، توسط منشور برای بررسی قسمت های مختلف چشم و برای تشخیص بیماری ها و اختلالات آن استفاده می کنند. علاوه بر این، پزشکان همچنین در ساختن لنزهای بینایی تصحیح کننده برای تعدادی از مشکلات چشم نیز از این اشیاء هندسی کمک می گیرند.

استفاده از این اشیا هندسی به چشم ها کمک می کند تا با هم به درستی کار کنند. گاهی اوقات، یک یا هر دو چشم تمایل به جهت متفاوتی نسبت به دیگری دارند. استفاده از این اشیاء هندسی در لنزها باعث می شود مغز باور کند چشم ها با کمی تغییر تصویر در یک جهت خاص با هم کار می کنند. برخی دیگر از کاربردهای این اشیا هندسی عبارتند از.

• تداخل سنجی
• الگو شناسی
• محدوده یابی
• ابزار دقیق لیزری
• فرمان پرتو
• لیزرهای قابل تنظیم
• میکروسکوپ های استریو

منشورهای شیشه برای چه مواردی استفاده می شود؟

منشورهای شیشه ای برای تصحیح دوبینی، برای اصلاح موقعیت یا تصحیح همگرایی استفاده می شود. به تازگی، این اشیا هندسی برای کمک به افراد مبتلا به همیانوپی مورد استفاده قرار گرفته است. همیانوپی شرایطی که باعث کوری در نیمی از میدان دید در هر دو چشم می شود. این وضعیت در افرادی که دچار آسیب مغزی و سکته مغزی شده اند، بسیار رایج است.

اگر از مشکلات فوق رنج می برید، می تواند به این معنا باشد که تصویری که با یک چشم می بینید با چشم دیگر مطابقت ندارد، بنابراین تصور نهایی از دو تصویر به جای یک تصویر ایجاد می شود. اگر عینک شما دارای لنز منشوری باشد، تصویر را تصحیح می کند و به هماهنگی صحیح چشم ها  کمک می کند. عینک های منشوری نوک باریک تر و پایه ضخیم تری نسبت به عینک های معمولی دارند. این طرح به منظور خم شدن و کند شدن عبور نور است. زاویه یا شاخص شکست که نور به آن خم می شود به شکل و ضخامت عدسی بستگی دارد.

بازار خرید و فروش منشور

این اشیا هندسی جز ضروری هر دو سیستم نوری ساده و پیچیده هستند. منشور را می توان در انواع مختلف ابزار های صنعتی یافت و به شدت در صنایع مختلف استفاده می شود. بازار جهانی این اشیاء هندسی، حدود ۵۶ میلیارد دلار است. زیرا خرید منشور در اکثر فناوریهای جدید به یک ضرورت تبدیل شده است.

علاوه بر این، تقاضا برای آنها در جهان بسیار زیاد است، زیرا کاربردهای جدید و پیشرفته ای برای ابزارهای نوری پیچیده کشف شده است. زمینه هایی مانند چشم پزشکی و انواع مختلف تحقیقات علمی از این اشیا هندسی به عنوان یک ابزار رایج استفاده می کنند.

دستگاه هایی مانند عینک های تصحیح بینایی، میکروسکوپ و بسیاری از انواع دوربین ها برای کارکردن به عملکرد منشور تکیه می کنند. مهمتر از همه، این اشیا هندسی به سادگی طراحی می شوند که برای توسعه فناوری های بسیار دقیق بسیار مهم است.

منشور در ریاضی

در دنیای هندسه، منشور مثلثی شکل کاربرد زیادی دارد. منشور مثلثی با شکل یکنواخت، منشوری است که مثلث قائم الزاویه با قاعده های مساوی با وجوه مربعی شکل باشد. کاربردهای منشورهای مثلثی عمدتاً در تلسکوپ ‌ها، میکروسکوپ‌ ها و پریسکوپ‌ ها است. همچنین، دانشمندان از منشورها برای کمک به مطالعه پاسخی که چشمان انسان هنگام قرار گرفتن در معرض نور به آن واکنش نشان می ‌دهند، استفاده می ‌کنند. منشورها را می توان به هر شکلی توصیف کرد که دارای دو وجه با ابعاد و شکل یکسان و همچنین اضلاع متوازی الاضلاع باشد.

سه ضلع مستطیل شکل با اتصال رئوس و لبه های پایه ها به یکدیگر نقش رابط را ایفا می کنند. اضلاع مستطیل شکل این منشور علاوه بر اتصال لبه‌ها و رئوس پایه‌ها، در کنار هم به یکدیگر متصل می‌شوند. تمام مقاطع موازی با وجوه پایه به صورت مثلث ظاهر می شوند. نکته قابل توجه دیگر در مورد این منشور این است که دو قاعده مثلثی موجود در آن اغلب مثلث متساوی الاضلاع هستند. در مورد منشور مثلثی قائم الزاویه، اضلاع یا به شکل مستطیل هستند یا می توانند مایل باشند.

به طور کلی، منشورها فقط به منشورهای مثلثی محدود نمی شوند. بلکه این اشکال سه بعدی متشکل از حداقل سه سطح مسطح در انواع مختلف موجود است. به عنوان مثال، هنگام مطالعه ریاضی و فیزیک، اغلب به منشور مستطیلی، منشور چند ضلعی و غیره برخورد می کنیم. توجه داشته باشید که مکعب ها و مکعب هایی که در هندسه مطالعه می کنیم نیز می توانند منشور در نظر گرفته شوند. کاربردهای منشورها طیف وسیعی را پوشش می دهند، اما استفاده از منشورهای بازتابنده و شکست نور عمدتاً برای تحقیقات نوری است.

منشورها همچنین در ساخت عدسی های اصلاحی برای کسانی که از برخی بیماری های چشمی یا انواع خاصی از اختلالات بینایی رنج می برند استفاده می شود.  منشورها به دلیل ظرفیتی که دارند جزء اصلی در ساخت ابزارهای نوری مختلف مانند دوربین ها، تلسکوپ ها، میکروسکوپ ها و پریسکوپ ها هستند.