الظواهر الضوئية: الانعكاس والانكسار والحيود — الثالثة ثانوي

الظواهر الضوئية: الانعكاس والانكسار والحيود

الضوء هو إشعاع كهرومغناطيسي يمكن رؤيته بالعين البشرية. تدرس الفيزياء العديد من الظواهر الضوئية التي تفسر سلوك الضوء عند تفاعله مع المواد المختلفة.

1. الانعكاس

الانعكاس هو ارتداد الضوء عندما يصادف سطحاً عاكساً. قانونا الانعكاس: (1) زاوية السقوط = زاوية الانعكاس. (2) الشعاع الساقط والشعاع المنعكس والعمود المقام على السطح تقع في مستوى واحد. هناك نوعان: الانعكاس المنتظم (على الأسطح الملساء) والانعكاس المنتشر (على الأسطح الخشنة).

2. الانكسار

الانكسار هو تغير اتجاه الضوء عند انتقاله بين وسطين مختلفين. قانون سنيل-ديكارت: n₁ × sin θ₁ = n₂ × sin θ₂ حيث n معامل الانكسار. عندما ينتقل الضوء من وسط أقل كثافة إلى وسط أكثر كثافة، يقترب من العمود والعكس صحيح.

3. الزاوية الحرجة والانعكاس الكلي

عندما ينتقل الضوء من وسط أكثر كثافة إلى وسط أقل كثافة، توجد زاوية حرجة θ_c حيث sin θ_c = n₂/n₁. إذا كانت زاوية السقوط أكبر من الزاوية الحرجة، يحدث الانعكاس الكلي الداخلي، وهو مبدأ عمل الألياف البصرية.

4. الحيود

الحيود هو انحراف الضوء عن مساره المستقيم عندما يمر عبر فتحة ضيقة أو حول عائق. يكون الحيود أكثر وضوحاً عندما يكون عرض الفتحة مقارباً لطول موجة الضوء. يستخدم الحيود في تحليل تركيب المواد بواسطة حيود الأشعة السينية.

5. تطبيقات الظواهر الضوئية

تستخدم الظواهر الضوئية في: المرايا والتلسكوبات (الانعكاس)، العدسات والنظارات (الانكسار)، الألياف البصرية في الاتصالات (الانعكاس الكلي)، أجهزة المطياف (الحيود)، والتصوير الطبي.

مثال تطبيقي

مثال: يسقط ضوء على سطح ماء (n=1.33) بزاوية 30°. أحسب زاوية الانكسار.
الحل: n₁sinθ₁ = n₂sinθ₂. sin 30° = 0.5. n₁ = 1 (هواء). إذن 1×0.5 = 1.33×sinθ₂. sinθ₂ = 0.5/1.33 = 0.376. θ₂ = arcsin(0.376) ≈ 22°.

تمارين

1. أحسب زاوية الانكسار عندما ينتقل الضوء من الزجاج (n=1.5) إلى الهواء بزاوية سقوط 20°.
2. احسب الزاوية الحرجة للانتقال من الماء (n=1.33) إلى الهواء.
3. كون نظام العدسات في المجهر المركب.

للمزيد من المعلومات، راجع درس التركيب الضوئي ودرس الكيمياء العضوية – الألكانات.