العلوم الفيزيائية: البصريات الهندسية – انعكاس وانكسار الضوء – 1 ثانوي (شعب علمية) – بكالوريا – المنهاج الجزائري

البصريات الهندسية: انعكاس وانكسار الضوء

البصريات الهندسية (Optique geometrique) تدرس انتشار الضوء في الاوساط الشفافة وتفاعله مع السطوح.

اولا: قوانين الانعكاس

عندما يسقط شعاع ضوئي على سطح عاكس (مرآة)، ينعكس وفق القانونين التاليين:

قانون الانعكاس الاول: الشعاع الساقط والشعاع المنعكس والعمود المقام على السطح العاكس تقع في نفس المستوى.

قانون الانعكاس الثاني: زاوية السقوط (i) تساوي زاوية الانعكاس (r): i = r

• زاوية السقوط: الزاوية بين الشعاع الساقط والعمود المقام
• زاوية الانعكاس: الزاوية بين الشعاع المنعكس والعمود المقام

مثال:

اذا سقط شعاع ضوئي على مرآة مستوية بزاوية 30 درجة بالنسبة للعمود، فانه ينعكس بزاوية 30 درجة.

ثانيا: قوانين الانكسار (قوانين سنيل – ديكارت)

عندما ينتقل الضوء من وسط شفاف الى اخر، يتغير اتجاه انتشاره (ينكسر) ما لم يكن السقوط عموديا.

قانون الانكسار الاول: الشعاع الساقط والشعاع المنكسر والعمود المقام تقع في نفس المستوى.

قانون الانكسار الثاني: n₁ x sin(i₁) = n₂ x sin(i₂)

حيث:
n₁: معامل انكسار الوسط الاول
n₂: معامل انكسار الوسط الثاني
i₁: زاوية السقوط
i₂: زاوية الانكسار

معامل الانكسار (Indice de refraction):
n = c / v (سرعة الضوء في الفراغ / سرعة الضوء في الوسط)

• معامل انكسار الهواء: n ≈ 1
• معامل انكسار الماء: n = 1.33
• معامل انكسار الزجاج: n = 1.5

مثال محلول:

يسقط شعاع ضوئي من الهواء (n₁ = 1) الى الماء (n₂ = 1.33) بزاوية سقوط 45°. احسب زاوية الانكسار.

الحل:
1 x sin(45°) = 1.33 x sin(i₂)
sin(i₂) = 0.707 / 1.33 = 0.531
i₂ = arcsin(0.531) ≈ 32.1°

تمارين تطبيقية

التمرين 1:

اذا سقط شعاع ضوئي على مرآة بزاوية 40 درجة مع سطح المرآة (وليس العمود)، احسب زاوية الانعكاس.

التمرين 2:

يسقط شعاع من الهواء الى الزجاج (n = 1.5) بزاوية 60°. احسب زاوية الانكسار.

التمرين 3:

لماذا تبدو الملعقة منكسرة عند وضعها في كوب ماء؟ اشرح.

التمرين 4:

احسب سرعة الضوء في الماء علما ان سرعته في الفراغ 3 x 10⁸ m/s.

للاستزادة، راجع درس العدسات الرقيقة وتكوين الصور وكذلك درس البصريات الهندسية: العدسات الرقيقة وتكوين الصور.