انعكاس الضوء وانكساره: قوانيSnell-Descartes وتطبيقاتها مع تمارين محلولة — العلوم الفيزيائية — الأولى ثانوي — المنهاج الجزائري

🎯 الأهداف التعليمية

• التمييز بين ظاهرتي انعكاس الضوء وانكساره
• صياغة قانوني الانعكاس والانكسار (قانونا سنيل-ديكارت)
• حساب معامل الانكسار لوسط شفاف
• تطبيق قانون الانكسار في حساب الزوايا والمواقف المختلفة

📝 شرح الدرس

1. انعكاس الضوء (Réflexion de la lumière)

عند سقوط شعاع ضوئي على سطح عاكس (مرآة)، يرتد الشعاع وفق قانون الانعكاس:

القانونان الأول والثاني للانعكاس:

• زاوية السقوط i تساوي زاوية الانعكاس r: i = r
• الشعاع الساقط والشعاع المنعكس والعمود المقام عند نقطة السقوط تقع في المستوى نفسه.

2. انكسار الضوء (Réfraction de la lumière)

عند انتقال الضوء من وسط شفاف إلى آخر، ينحرف مساره (إلا إذا سقط عمودياً). يُفسَّر هذا بتغير سرعة الضوء بين الوسطين.

قانون سنيل-ديكارت:

n₁ × sin(i₁) = n₂ × sin(i₂)

حيث: n₁ معامل انكسار الوسط الأول، i₁ زاوية السقوط، n₂ معامل انكسار الوسط الثاني، i₂ زاوية الانكسار.

3. معامل الانكسار (Indice de réfraction)

معامل انكسار وسط هو نسبة سرعة الضوء في الفراغ c إلى سرعته في الوسط v: n = c / v

• معامل انكسار الهواء ≈ 1.00
• معامل انكسار الماء ≈ 1.33
• معامل انكسار الزجاج ≈ 1.50

🧮 مثال تطبيقي

يسقط شعاع ضوئي من الهواء (n₁ = 1.00) على سطح ماء (n₂ = 1.33) بزاوية سقوط 30°. احسب زاوية الانكسار.

الحل:

n₁ × sin(i₁) = n₂ × sin(i₂)

1.00 × sin(30°) = 1.33 × sin(i₂)

1.00 × 0.5 = 1.33 × sin(i₂)

sin(i₂) = 0.5 / 1.33 ≈ 0.376

i₂ = arcsin(0.376) ≈ 22.1°

نلاحظ أن زاوية الانكسار (22.1°) أصغر من زاوية السقوط (30°) لأن الشعاع ينتقل من وسط أقل كثافة (الهواء) إلى وسط أكثر كثافة (الماء).

📌 تمرين بكالوريا محلول

وضعت عملة معدنية في قاع حوض ماء عمقه 40 cm. نظر راصد من فوق سطح الماء فرأى صورة العملة على عمق ظاهري h_app.

المعطيات: n_الهواء = 1.00، n_الماء = 1.33

1. أحسب العمق الظاهري للعملة عندما ينظر إليها الراصد عمودياً.

عند النظر عمودياً، العمق الظاهري = العمق الحقيقي / n

h_app = 40 / 1.33 ≈ 30.1 cm

2. ما ظاهرة انكسار الضوء التي تفسر هذا؟

تفسر هذه الظاهرة بانكسار أشعة الضوء عند انتقالها من الماء إلى الهواء، مما يجعل الصورة تظهر أقرب إلى السطح مما هي عليه في الواقع.

🔗 دروس مشابهة

• الهندسة الفضائية: الأسطوانة والكرة مع تمارين محلولة
• الكهرباء الساكنة: الشحنة الكهربائية وقانون كولوم مع تمارين محلولة