صيغة قانون انكسار الضوء - الحالات العامة والخاصة

يُستخدم قانون انكسار الضوء في مجالات مختلفة ويسمح لك بتحديد كيفية تصرف الأشعة عند ارتطامها من وسط إلى آخر. من السهل فهم ميزات هذه الظاهرة وأسباب حدوثها والفروق الدقيقة الأخرى المهمة. يجدر أيضًا فهم أنواع الانكسار ، لأن هذا له أهمية كبيرة في الحساب والاستخدام العملي لمبادئ القانون.

في أغلب الأحيان ، يتم عرض مثال جيد باستخدام ماصة أو ملعقة في كوب ماء شفاف.

ما هي ظاهرة انكسار الضوء

يعرف الجميع تقريبًا هذه الظاهرة ، حيث يتم مواجهتها على نطاق واسع في الحياة اليومية. على سبيل المثال ، إذا نظرت إلى قاع خزان بمياه صافية ، يبدو دائمًا أقرب مما هو عليه بالفعل. يمكن ملاحظة التشويه في أحواض السمك ، وهذا الخيار مألوف للجميع تقريبًا.لكن لفهم القضية ، من الضروري النظر في عدة جوانب مهمة.

أسباب الانكسار

هنا ، تعتبر خصائص الوسائط المختلفة التي يمر من خلالها تدفق الضوء ذات أهمية حاسمة. غالبًا ما تختلف كثافتها ، لذلك ينتقل الضوء بسرعات مختلفة. هذا يؤثر بشكل مباشر على خصائصه.

عندما يمر شعاع الشمس عبر منشور ، فإنه يتحلل إلى جميع ألوان الطيف.

عند الانتقال من وسيط إلى آخر (عند نقطة اتصالهم) ، يغير الضوء اتجاهه بسبب الاختلافات في الكثافة والميزات الأخرى. يمكن أن يكون الانحراف مختلفًا ، فكلما زاد الاختلاف في خصائص الوسائط ، زاد التشوه في النهاية.

على فكرة! عندما ينكسر الضوء ، ينعكس بعضه دائمًا.

أمثلة من الحياة الواقعية

يمكنك التعرف على أمثلة للظاهرة قيد الدراسة في كل مكان تقريبًا ، حتى يتمكن الجميع من رؤية كيف يؤثر الانكسار على إدراك الأشياء. الخيارات الأكثر شيوعًا هي:

1. إذا وضعت ملعقة أو أنبوبًا في كوب من الماء ، يمكنك أن ترى كيف بصريًا يتوقف الكائن عن أن يكون مستقيماً وينحرف ، بدءًا من حدود بيئتين. يستخدم هذا الوهم البصري كمثال في أغلب الأحيان.
2. في الطقس الحار ، غالبًا ما يحدث تأثير البركة على الرصيف. هذا يرجع إلى حقيقة أنه في مكان الانخفاض الحاد في درجة الحرارة (بالقرب من الأرض نفسها) ، تنكسر الأشعة بحيث ترى العين انعكاسًا طفيفًا للسماء.
3. تظهر السراب أيضًا نتيجة الانكسار. كل شيء أكثر تعقيدًا هنا ، ولكن في نفس الوقت ، تحدث هذه الظاهرة ليس فقط في الصحراء ، ولكن أيضًا في الجبال وحتى في الممر الأوسط. خيار آخر هو عندما تكون الكائنات الموجودة خلف خط الأفق مرئية.
   السراب هي إحدى عجائب الطبيعة ، والتي تحدث على وجه التحديد بسبب انكسار الضوء.
4. تُستخدم مبادئ الانكسار أيضًا في العديد من الأشياء المستخدمة في الحياة اليومية: النظارات ، العدسة المكبرة ، الثقوب ، أجهزة العرض وآلات عرض الشرائح ، المناظير وغير ذلك الكثير.
5. تعمل أنواع كثيرة من الأجهزة العلمية من خلال تطبيق القانون المعني. وهذا يشمل المجاهر والتلسكوبات وغيرها من الأدوات البصرية المتطورة.

ما زاوية الانكسار

زاوية الانكسار هي الزاوية التي تتشكل بسبب ظاهرة الانكسار عند السطح البيني بين وسيطين شفافين لهما خصائص مختلفة لنقل الضوء. يتم تحديده من خط عمودي مرسوم على المستوى المنكسر.

إذا تم سكب سائل بكثافة أعلى من الماء في كوب ، فإن زاوية الانكسار ستصبح أكبر.

هذه الظاهرة ترجع إلى قانونين - الحفاظ على الطاقة والحفاظ على الزخم. مع التغيير في خصائص الوسط ، تتغير سرعة الموجة حتمًا ، لكن ترددها يظل كما هو.

ما الذي يحدد زاوية الانكسار

يمكن أن يختلف المؤشر ويعتمد بشكل أساسي على خصائص الوسيطتين التي يمر الضوء من خلالها. كلما زاد الاختلاف بينهما ، زاد الانحراف البصري.

وتعتمد الزاوية أيضًا على طول الموجات المنبعثة. مع تغير هذا المؤشر ، يتغير الانحراف أيضًا. في بعض الوسائط ، يكون لتردد الموجات الكهرومغناطيسية تأثير كبير أيضًا ، لكن هذا الخيار لا يوجد دائمًا.

في المواد متباينة الخواص بصريًا ، تتأثر الزاوية باستقطاب الضوء واتجاهه.

أنواع الانكسار

الأكثر شيوعًا هو الانكسار المعتاد للضوء ، عندما يمكن ملاحظة تأثير التشويه بدرجة أو بأخرى بسبب الخصائص المختلفة للوسائط.لكن هناك أنواعًا أخرى تظهر بالتوازي أو يمكن اعتبارها ظاهرة منفصلة.

عندما تصطدم موجة مستقطبة رأسياً بحدود وسيطين بزاوية معينة (تسمى زاوية بروستر) ، يمكنك رؤية الانكسار الكلي. في هذه الحالة ، لن يكون هناك أي موجة منعكسة على الإطلاق.

لا يمكن ملاحظة الانعكاس الداخلي الكلي إلا عندما يمر الإشعاع من وسط ذي معامل انكسار أعلى إلى وسط أقل كثافة. في هذه الحالة يتبين أن زاوية الانكسار أكبر من زاوية السقوط. أي أن هناك علاقة عكسية. علاوة على ذلك ، مع زيادة الزاوية ، عند الوصول إلى قيم معينة لها ، يصبح المؤشر يساوي 90 درجة.

إذا وقع الضوء على حدود وسيطين بزاوية معينة ، فيمكن أن ينعكس ببساطة.

إذا قمت بزيادة القيمة أكثر ، فسوف تنعكس الحزمة من حدود مادتين دون المرور إلى وسط آخر. هذه هي الظاهرة التي تسمى الانعكاس الداخلي الكلي.

اقرأ أيضا

قوانين انعكاس الضوء وتاريخ اكتشافها

 

تحتاج هنا إلى شرح بخصوص حساب المؤشرات ، لأن الصيغة تختلف عن الصيغة القياسية. في هذه الحالة ، سيبدو كما يلي:

الخطيئة _إلخ= ن₂₁

أدت هذه الظاهرة إلى إنشاء الألياف الضوئية ، وهي مادة يمكنها نقل كميات هائلة من المعلومات عبر مسافة غير محدودة بسرعة لا يمكن الوصول إليها من خلال الخيارات الأخرى. على عكس المرآة ، يحدث الانعكاس في هذه الحالة دون فقدان الطاقة حتى مع الانعكاسات المتعددة.

الألياف الضوئية لها هيكل بسيط:

1. يتكون قلب نقل الضوء من البلاستيك أو الزجاج. كلما زاد حجم المقطع العرضي ، زادت كمية المعلومات التي يمكن نقلها.
2. الغلاف ضروري لعكس تدفق الضوء في القلب بحيث ينتشر فقط من خلاله. من المهم أنه عند نقطة الدخول إلى الألياف ، تسقط الحزمة بزاوية أكبر من الحد الأقصى ، ثم تنعكس دون فقدان الطاقة.
3. يمنع العزل الوقائي تلف الألياف ويحميها من التأثيرات الضارة. بسبب هذا الجزء ، يمكن أيضًا مد الكابل تحت الأرض.

سمحت الألياف الضوئية بجلب نقل المعلومات إلى مستوى جديد تمامًا.

كيف تم اكتشاف قانون الانكسار؟

تم هذا الاكتشاف ويلبرورد سنيليوس، عالم رياضيات هولندي ، عام 1621. بعد سلسلة من التجارب ، تمكن من صياغة الجوانب الرئيسية التي ظلت دون تغيير تقريبًا حتى يومنا هذا. كان هو أول من لاحظ ثبات نسبة جيوب زوايا الوقوع والانعكاس.

أول منشور بمواد الاكتشاف تم بواسطة عالم فرنسي ديكارت رينيه. في الوقت نفسه ، يختلف الخبراء ، يعتقد شخص ما أنه استخدم مواد Snell ، وشخص ما متأكد من أنه أعاد اكتشافها بشكل مستقل.

اقرأ أيضا

ما يسمى تشتت الضوء

 

تعريف وصيغة معامل الانكسار

تقع الأشعة الساقطة والأشعة المنكسرة ، وكذلك العمودي الذي يمر عبر تقاطع وسيطين ، داخل نفس المستوى. جيب زاوية السقوط بالنسبة لجيب زاوية الانكسار هو قيمة ثابتة. هذه هي الطريقة التي يبدو بها التعريف ، والتي قد تختلف في العرض ، لكن المعنى يظل كما هو دائمًا. يظهر التفسير الرسومي والصيغة في الصورة أدناه.

الصيغة عالمية ومناسبة للبيئات المختلفة.

وتجدر الإشارة إلى أن المؤشرات لا تحتوي الانكسارات على أي وحدات. في وقت واحد ، عند دراسة الأسس المادية للظاهرة قيد الدراسة ، قام عالمان في وقت واحد - كريستيان هيغنز من هولندا ووصل بيير دي فيرمات من فرنسا إلى نفس النتيجة. ووفقًا له ، فإن جيب الوقوع وجيب الانكسار يساوي نسبة السرعات في الوسائط التي تمر من خلالها الموجات. إذا كان الضوء ينتقل عبر وسيط أسرع من الآخر ، فإنه يكون بصريًا أقل كثافة.

على فكرة! سرعة الضوء في الفراغ أعلى من أي مادة أخرى.

المعنى المادي لـ "قانون سنيل"

عندما يمر الضوء من الفراغ إلى أي مادة أخرى ، فإنه يتفاعل حتمًا مع جزيئاته. وكلما زادت الكثافة الضوئية للوسيط ، زادت قوة تفاعل الضوء مع الذرات وانخفضت سرعة انتشاره ، بينما يزداد معامل الانكسار أيضًا مع زيادة الكثافة.

يُشار إلى الانكسار المطلق بالحرف n ويسمح لك بفهم كيفية تغير سرعة الضوء عند الانتقال من الفراغ إلى أي وسيط.

الانكسار النسبي (ن₂₁) يوضح معلمات التغيير في سرعة الضوء عند الانتقال من وسيط إلى آخر.

يشرح الفيديو القانون من فيزياء الصف الثامن بكل بساطة بمساعدة الرسومات والرسوم المتحركة.

نطاق القانون في التكنولوجيا

لقد مر وقت طويل منذ اكتشاف الظاهرة والبحث العملي. ساعدت النتائج على تطوير وتنفيذ عدد كبير من الأجهزة المستخدمة في مختلف الصناعات ، يجدر تحليل الأمثلة الأكثر شيوعًا:

1. معدات طب العيون. يسمح لك بإجراء مجموعة متنوعة من الدراسات وتحديد الأمراض.
2. جهاز لدراسة المعدة والأعضاء الداخلية. يمكنك الحصول على صورة واضحة دون إدخال كاميرا ، مما يبسط العملية بشكل كبير ويسرعها.
3. تتيح التلسكوبات والمعدات الفلكية الأخرى ، بسبب الانكسار ، الحصول على صور غير مرئية للعين المجردة.
   يسمح انكسار الضوء في عدسات التلسكوبات بجمع الضوء عند التركيز ، مما يوفر بحثًا عالي الدقة.
4. تعمل المناظير والأجهزة المماثلة أيضًا على أساس المبادئ المذكورة أعلاه. وهذا يشمل أيضًا المجاهر.
5. تستخدم معدات الصور والفيديو ، أو بالأحرى بصرياتها ، انكسار الضوء.
6. خطوط الألياف الضوئية التي تنقل كميات كبيرة من المعلومات عبر أي مسافة.

درس بالفيديو: الخاتمة وفق قانون انكسار الضوء.

انكسار الضوء ظاهرة ناتجة عن خصائص الوسائط المختلفة. يمكن ملاحظته عند نقطة اتصالهم ، تعتمد زاوية الانحراف على الاختلاف بين المواد. تستخدم هذه الميزة على نطاق واسع في العلوم والتكنولوجيا الحديثة.