قوانين انعكاس الضوء وتاريخ اكتشافها
تم اكتشاف قانون انعكاس الضوء من خلال الملاحظات والتجارب. بالطبع ، يمكن اشتقاقه نظريًا ، ولكن تم تحديد جميع المبادئ المستخدمة الآن وإثباتها في الممارسة. تساعد معرفة السمات الرئيسية لهذه الظاهرة في تخطيط الإضاءة واختيار المعدات. يعمل هذا المبدأ أيضًا في مجالات أخرى - موجات الراديو والأشعة السينية وما إلى ذلك. تتصرف تمامًا في الانعكاس.
ما هي آلية انعكاس الضوء وأنواعه
تمت صياغة القانون على النحو التالي: تقع الأشعة الواقعة والأشعة المنعكسة في نفس المستوى ، ولها عمودي على السطح العاكس ، والذي ينبثق من نقطة الوقوع. زاوية السقوط تساوي زاوية الانعكاس.
في جوهره ، الانعكاس هو عملية فيزيائية تتفاعل فيها الحزمة أو الجسيمات أو الإشعاع مع مستو. يتغير اتجاه الموجات عند حدود وسيطين ، لأن لهما خصائص مختلفة.يعود الضوء المنعكس دائمًا إلى الوسط الذي أتى منه. في أغلب الأحيان أثناء الانعكاس ، تُلاحظ أيضًا ظاهرة انكسار الموجات.
انعكاس المرآة
في هذه الحالة ، هناك علاقة واضحة بين الأشعة المنعكسة والأشعة الواقعة ، وهذه هي السمة الرئيسية لهذا التنوع. هناك عدة نقاط رئيسية خاصة بالانعكاس:
- يكون الشعاع المنعكس دائمًا في مستوى يمر عبر الشعاع الساقط والعادي على السطح العاكس ، والذي يتم إعادة بنائه عند نقطة السقوط.
- زاوية السقوط تساوي زاوية انعكاس شعاع الضوء.
- تتناسب خصائص الحزمة المنعكسة مع استقطاب حزمة الحزمة وزاوية وقوعها. أيضًا ، يتأثر المؤشر بخصائص البيئتين.
في هذه الحالة ، تعتمد مؤشرات الانكسار على خصائص المستوى وخصائص الضوء. يمكن العثور على هذا الانعكاس أينما وجدت أسطح ناعمة. ولكن بالنسبة للبيئات المختلفة ، قد تتغير الشروط والمبادئ.
انعكاس داخلي كامل
نموذجي للموجات الصوتية والموجات الكهرومغناطيسية. يحدث عند نقطة التقاء بيئتين. في هذه الحالة ، يجب أن تسقط الموجات من وسط تكون فيه سرعة الانتشار أقل. فيما يتعلق بالضوء ، يمكننا القول أن مؤشرات الانكسار في هذه الحالة تزيد بشكل كبير.
تؤثر زاوية حدوث شعاع الضوء على زاوية الانكسار. مع زيادة قيمتها ، تزداد شدة الأشعة المنعكسة ، وتنخفض الأشعة المنكسرة.عندما يتم الوصول إلى قيمة حرجة معينة ، تنخفض مؤشرات الانكسار إلى الصفر ، مما يؤدي إلى الانعكاس الكلي للأشعة.
يتم حساب الزاوية الحرجة بشكل فردي لمختلف الوسائط.
انعكاس منتشر للضوء
يتميز هذا الخيار بحقيقة أنه عندما يصطدم بسطح غير مستوٍ ، تنعكس الأشعة في اتجاهات مختلفة. يتشتت الضوء المنعكس ببساطة ولهذا لا يمكنك رؤية انعكاسك على سطح غير مستوٍ أو غير لامع. يتم ملاحظة ظاهرة انتشار الشعاع عندما تكون المخالفات مساوية أو أكبر من الطول الموجي.
في هذه الحالة ، يمكن أن يكون نفس المستوى عاكسًا بشكل منتشر للضوء أو الأشعة فوق البنفسجية ، ولكن في نفس الوقت يعكس طيف الأشعة تحت الحمراء جيدًا. كل هذا يتوقف على خصائص الأمواج وخصائص السطح.
انعكاس عكسي
تُلاحظ هذه الظاهرة عندما تنعكس الأشعة أو الموجات أو الجسيمات الأخرى مرة أخرى ، أي نحو المصدر. يمكن استخدام هذه الخاصية في علم الفلك والعلوم الطبيعية والطب والتصوير الفوتوغرافي وغيرها من المجالات. بفضل نظام العدسات المحدبة في التلسكوبات ، يمكن رؤية ضوء النجوم غير المرئي بالعين المجردة.
من المهم تهيئة ظروف معينة ليعود الضوء إلى المصدر ، وغالبًا ما يتحقق ذلك من خلال البصريات واتجاه شعاع الأشعة. على سبيل المثال ، يتم استخدام هذا المبدأ في دراسات الموجات فوق الصوتية ، بفضل الموجات فوق الصوتية المنعكسة ، يتم عرض صورة للعضو قيد الدراسة على الشاشة.
تاريخ اكتشاف قوانين الانعكاس
هذه الظاهرة معروفة منذ زمن طويل.ولأول مرة تم ذكر انعكاس الضوء في عمل "كاتوبتريك" الذي يعود تاريخه إلى عام 200 قبل الميلاد. وكتبه العالم اليوناني القديم إقليدس. كانت التجارب الأولى بسيطة ، لذلك لم يظهر أساس نظري في ذلك الوقت ، ولكن هو الذي اكتشف هذه الظاهرة. في هذه الحالة ، تم استخدام مبدأ فيرما للأسطح المرآة.
صيغ فرينل
كان Auguste Fresnel فيزيائيًا فرنسيًا طور عددًا من الصيغ المستخدمة على نطاق واسع حتى يومنا هذا. يتم استخدامها في حساب شدة وسعة الموجات الكهرومغناطيسية المنعكسة والمنكسرة. في الوقت نفسه ، يجب أن تمر عبر حدود واضحة بين وسيطين بقيم انكسار مختلفة.
جميع الظواهر التي تناسب معادلات الفيزيائي الفرنسي تسمى انعكاس فرينل. لكن يجب أن نتذكر أن جميع القوانين المشتقة صالحة فقط عندما تكون الوسائط متناحرة ، والحدود بينها واضحة. في هذه الحالة ، تكون زاوية السقوط دائمًا مساوية لزاوية الانعكاس ، ويتم تحديد قيمة الانكسار بواسطة قانون سنيل.
من المهم أنه عندما يسقط الضوء على سطح مستو ، يمكن أن يكون هناك نوعان من الاستقطاب:
- يتميز الاستقطاب p بحقيقة أن متجه المجال الكهرومغناطيسي يكمن في مستوى السقوط.
- يختلف الاستقطاب s عن النوع الأول من حيث أن متجه شدة الموجة الكهرومغناطيسية يقع بشكل عمودي على المستوى الذي يقع فيه كل من الشعاع الساقط والحزمة المنعكسة.
تختلف الصيغ الخاصة بالحالات ذات الاستقطابات المختلفة.ويرجع ذلك إلى حقيقة أن الاستقطاب يؤثر على خصائص الحزمة وينعكس بطرق مختلفة. عندما يسقط الضوء بزاوية معينة ، يمكن أن يكون الشعاع المنعكس مستقطبًا تمامًا. تسمى هذه الزاوية بزاوية بروستر ، وتعتمد على خصائص الانكسار للوسائط الموجودة في الواجهة.
على فكرة! يكون الشعاع المنعكس دائمًا مستقطبًا ، حتى لو كان الضوء الساقط غير مستقطب.
مبدأ Huygens
Huygens هو فيزيائي هولندي نجح في استنباط مبادئ تجعل من الممكن وصف الموجات من أي طبيعة. بمساعدتها في أغلب الأحيان يثبتوا كلا من قانون التفكير و قانون انكسار الضوء.
في هذه الحالة ، يُفهم الضوء على أنه موجة ذات شكل مسطح ، أي أن جميع أسطح الموجة مسطحة. في هذه الحالة ، يكون سطح الموجة عبارة عن مجموعة من النقاط ذات التذبذبات في نفس المرحلة.
الصياغة تسير على هذا النحو: أي نقطة يأتي إليها الاضطراب تصبح فيما بعد مصدرًا للموجات الكروية.
في الفيديو ، يتم شرح قانون من فيزياء الصف الثامن بكلمات بسيطة للغاية باستخدام الرسومات والرسوم المتحركة.
تحول فيدوروف
يطلق عليه أيضًا تأثير Fedorov-Ember. في هذه الحالة ، هناك إزاحة لشعاع الضوء مع انعكاس داخلي كلي. في هذه الحالة ، يكون التحول ضئيلًا ، فهو دائمًا أقل من الطول الموجي. بسبب هذا الإزاحة ، فإن الحزمة المنعكسة لا تقع في نفس مستوى الحزمة الساقطة ، والتي تتعارض مع قانون انعكاس الضوء.
تم منح دبلوم الاكتشاف العلمي لـ F.I. فيدوروف عام 1980.
تم إثبات الإزاحة الجانبية للأشعة نظريًا بواسطة عالم سوفيتي في عام 1955 بفضل الحسابات الرياضية. بالنسبة للتأكيد التجريبي لهذا التأثير ، قام الفيزيائي الفرنسي أمبر بذلك بعد ذلك بقليل.
استخدام القانون في الممارسة
القانون المعني أكثر شيوعًا مما يبدو. يستخدم هذا المبدأ على نطاق واسع في مختلف المجالات:
- مرآة هو أبسط مثال. إنه سطح أملس يعكس الضوء وأنواع الإشعاع الأخرى جيدًا. يتم استخدام كل من الإصدارات المسطحة وعناصر الأشكال الأخرى ، على سبيل المثال ، تسمح الأسطح الكروية بتحريك الأشياء بعيدًا ، مما يجعلها لا غنى عنها كمرايا للرؤية الخلفية في السيارة.
- معدات بصرية مختلفة يعمل أيضًا وفقًا للمبادئ المدروسة. وهذا يشمل كل شيء من النظارات ، الموجودة في كل مكان ، إلى التلسكوبات القوية ذات العدسات المحدبة أو المجاهر المستخدمة في الطب والبيولوجيا.
- أجهزة الموجات فوق الصوتية أيضا استخدام نفس المبدأ. تسمح معدات الموجات فوق الصوتية بإجراء فحوصات دقيقة. تنتشر الأشعة السينية وفقًا لنفس المبادئ.
- أفران الميكروويف - مثال آخر على تطبيق القانون المعني في الممارسة. ويشمل أيضًا جميع المعدات التي تعمل بسبب الأشعة تحت الحمراء (على سبيل المثال ، أجهزة الرؤية الليلية).
- مرايا مقعرة تسمح للمصابيح والمصابيح بزيادة الأداء. في هذه الحالة ، يمكن أن تكون قوة المصباح أقل بكثير من عدم استخدام عنصر المرآة.
على فكرة! من خلال انعكاس الضوء نرى القمر والنجوم.
يشرح قانون انعكاس الضوء العديد من الظواهر الطبيعية ، وقد أتاحت معرفة ميزاته إنشاء معدات مستخدمة على نطاق واسع في عصرنا.