انكسار الضوء
مُقدَّم| English | المعنى |
|---|---|
| refraction/rɪˈfrækʃn/ | انكسار |
| refractive index/rɪˈfræktɪv ˈɪndeks/ | معامل الانكسار |
يبدو أن القشة في الكأس مكسورة من النصف
- ألقِ قشة في كأس ماء فتبدو منحنية عند السطح.
- القشة سليمة — بل الضوء هو الذي ينحني عند عبوره من الماء إلى الهواء.
- يتغير اتجاه الضوء عند انتقاله بين المواد — هذه ظاهرة الانكسار.
- يحدث ذلك لأن الضوء يسير بسرعات مختلفة في وسائط مختلفة.
لماذا ينحني الضوء
- يتحرك الضوء ببطء أكبر في وسط كثيف (كالزجاج أو الماء) مقارنة بالهواء.
- عند الدخول في وسط أبطأ، تنحني الشعاع نحو العمود المقام؛ وعند الخروج منه، بعيدًا عن العمود المقام.
- يُحدد الانحناء معامل انكسار كل مادة $n$ (الأعلى $n$ = ضوء أبطأ).
- الهواء حوالي $n = 1$؛ الماء $\approx 1.33$؛ الزجاج $\approx 1.5$.
انحناء شعاع عند حدود وسط
غيّر الزاوية والوسط وراقب انحناء الشعاع نحو أو بعيداً عن السطح العمودي.
الدخول في وسط أكثر كثافة (مثل الزجاج)، ينحني شعاع الضوء:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
أبطأ في وسط أكثر كثافة، ينحني الشعاع نحو السطح العمودي.
الخاصية $n$ التي تقيس مدى إبطاء المادة للضوء هي ____.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
معامل الانكسار الأعلى يعني أن الضوء يسير أبطأ في ذلك الوسط.
قانون سنيل
- ترتبط الزوايا ومعاملات الانكسار بـ قانون سنيل: $n_1\sin\theta_1 = n_2\sin\theta_2$.
- تُقاس الزوايا من العمود المقام، كما هو الحال دائمًا في البصريات.
- الدخول في وسط أكثر كثافة ($n_2 > n_1$) يجعل $\theta_2 < \theta_1$ — حيث ينحني الشعاع نحو العمود المقام.
- يتنبأ قانون سنيل بدقة مقدار انحراء الشعاع عند أي حدود فاصل.
ينتقل الضوء من الهواء ($n_1 = 1$) إلى الزجاج ($n_2 = 1.5$) بزاوية $\theta_1 = 30^\circ$ ($\sin 30^\circ = 0.5$). ما هو $\sin\theta_2$؟ (أعطِ عدداً عشرياً.)
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$\sin\theta_2 = n_1\sin\theta_1 / n_2 = 0.5 / 1.5 = 0.33$.
أي مما يلي يعبر عن قانون سنيل؟
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
قانون سنيل: $n_1\sin\theta_1 = n_2\sin\theta_2$.
الانعكاس الكلي الداخلي
- عند الانتقال بالعكس (من الكثيف إلى الأقل كثافة)، ينحني الشعاع بعيدًا عن العمود المقام.
- تجاوز زاوية حرجة، لا يستطيع الهروب تمامًا وينعكس كليًا داخل الوسط.
- هذا الانعكاس الكلي الداخلي يحبس الضوء في الألياف الضوئية ويجعل الألماس يتلألأ.
- إنه انكسار ممدود لحدّه الأقصى — لا يخرج أي ضوء.
فوق الزاوية الحرجة، ينتقل الضوء من الزجاج إلى الهواء وينعكس كلياً داخلياً.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
فوق الزاوية الحرجة لا يستطيع الشعاع الهروب ويعكس كلياً — الانعكاس الكلي الداخلي.
حدد جميع العبارات الصحيحة حول الانكسار.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
الانكسار هو تأثير سرعة يخضع لقانون سنيل؛ الشعاع على طول العمود ($\theta = 0$) لا ينحني على الإطلاق.
ينحني الضوء بسبب تغير سرعتِه بين الوسائط — وليس لأنه "يريد" ذلك. ينحني الضوء نحو العمود المقام عند الدخول في وسط أكثر كثافة (أبطأ، أعلى-$n$)، وبعيدًا عنه عند الخروج منه. الشعاع الذي يصطدم بالحد الفاصل مباشرةً على طول العمود المقام ($\theta_1 = 0$) لا ينحني.
يمر الضوء من الهواء ($n_1 = 1$) إلى الزجاج ($n_2 = 1.5$) عند زاوية $\theta_1 = 30^\circ$. أوجد $\sin\theta_2$.
- تطبيق سنيل: $1 \times \sin 30^\circ = 1.5 \times \sin\theta_2 \Rightarrow \sin\theta_2 = \dfrac{0.5}{1.5} = 0.33$.
بما أن $\sin\theta_2 < \sin\theta_1$، ينحني الشعاع نحو العمود، كما هو متوقع للوسط الأكثر كثافة.
الانكسار يحوّل الضوء عند الحدود الفاصلة بسبب تغير سرعتِه؛ وينحني نحو العمود المقام عند الدخول في وسط أكثر كثافة (أعلى-$n$). قانون سنيل: $n_1\sin\theta_1 = n_2\sin\theta_2$. تجاوزاً للـ زاوية الحرجة، يخضع الضوء المنتقل من الكثيف إلى الرقيق انعكاساً كلياً داخلياً — وهو أساس الألياف الضوئية.