الانعكاس والانكسار الضوء

الانعكاس و الانكسار





مقدمه عن الضوء :-



للضوء أهمية كبيرة في حياة الإنسان فالكثير من خبرتنا بالعالم من حولنا يأتينا عن طريق الضوء، له طبيعته وخصائصه الفريدة، فهو يمكننا من القيام بنشاطات شتى بسيطة فلولاه لما استطعنا إن نرى الأشياء أو نذاكر درسنا ،أو ننجز إعمالنا ؛فمثلا الغرفة المظلمة تماما من الضوء المرئي لا نرى الأشياء التي في الغرفة، كما أننا عندما نغلق أعيننا لا نرى شيئا0 وهكذا ، فلكي نرى جسما يجب إن يرد منه ضوء ، وقد هيأ الله العين لاستقبال هذا الضوء ليتم علينا نعمة الإبصار.

وتعريف الضوء:-

هو ظاهرة طبيعية يسب حاسة الإبصار.



الأول:- انعكاس الضوء


عندما تقترب من نهر ترى صورا للأشجار والمباني التي على شاطىء هذا النهر، وإذا نظرت إلى قطعة صفيح معدنية لامعة أو إلى سطح ناء في مرآة مستوية فانك ترى صورتك __ما سبب تكون الصور؟
إن السبب في تكون الصور الأشعة الضوئية التي تسقط على سطح الماء، أو على سطح المرآة تريد عندما تعرضها هذه السطوح اللامعة، ويقال في هذه الحالة إن الأشعة انعكست، وإذا كانت العين في طريق مسار الأشعة المنعكسة فأنها تشاهد صورة للجسم معنى، ذلك عندما تسقط الأشعة الضوئية على سطح لمع فأنها ترتد في السطح اللامع بالانعكاس.


تجربة توضح ظاهرة انعكاس الضوء:-

الأدوات:-
شمعة _ حائل بها ثقب ضيق _ مرآة مستوية

الخطوات:-

1_أشعل الشمعة وضعها أمام حائل به ثقب
2_اظلم الحجرة تماما وضع في الجهة الأخرى من الحائل مستوية حتى تسقط على سطحها أشعة ضوئية متوازية ماذا تلاحظ ؟

الملاحظة:
تنعكس الأشعة الضوئية على سطح المرآة متوازية في اتجاه معين
الاستنتاج:
عندما تسقط الأشعة الضوئية مائلة على سطح لامع فإنها تريد في اتجاه آخر ويسمى ارتداد الضوئية الساقطة على السطح اللامع الانعكاس

انعكاس الضوء :-
هو ارتداد الأشعة الضوئية عندما تسقط مائلة على سطح لامع، ويلعب الانعكاس دورا هاما في رؤية الأجسام غير المضيئة وفى تكوين على المرايا .



قانونا الانعكاس:-


القانون الأول :- زاوية السقوط = زاوية الانعكاس .
القانون الثاني :-الشعاع الضوئي الساقط والشعاع الضوئي المنعكس والعمود المقام من نقطة السقوط على السطح العاكس تقع جميعها في نفس مستوى واحد عمودي على السطح العاكس .


ملاحظات هامة :-


(1) _ إذا ساقط شعاع الضوئي عمودي على سطح العاكس فانه ينعكس على نفسه ، لأنه في هذه الحالة تكون زاوية السقوط = زاوية الانعكاس =صفرا
فينطبق الشعاع الضوئي الساقط على الشعاع الضوئي المنعكس ، ولذلك ينعكس على نفسه

(2) _ بعض المصطلحات المستخدمة في دراسة ظاهرة انعكاس الضوء:-

1_ السطح العاكس للضوء : هو السطح الذي ينعكس عليه الضوء وقد يكون سطحا مصقولا أو نصف مصقول .

2_ الشعاع الساقط : هو حزمة ضوئية تمثل بخط مستقيم تسقط على السطح العاكس و يلامسةه عند نقطه تسمى بنقطة السقوط .

3_ نقطة السقوط :هي النقطة التي يتقابل فيها الشعاع الساقط مع السطح العاكس .

4_ الشعاع المنعكس :- هو حزمة ضوئية تمثل بخط مستقيم ارتد عن السطح العاكس ، اى الشعاع الذي يرتد عن الشعاع الساقط بعد انعكاسه عن السطح العاكس .

5_ عمود الانعكاس :- هو العمود المقام من نقطة السقوط على السطح العاكس .

6_ زاوية السقوط :- هي الزاوية المحصورة بين مسار الشعاع الساقط والعمود المقام على السطح العاكس من نقطة السقوط .

7_ زاوية لانعكاس :- هي الزاوية المحصورة بين مسار الشعاع المنعكس و العمود المقام على السطح العاكس من نقطة السقوط .


الانعكاس المنتظم و الغير لمنتظم :-

1_ إذا سقطت اشعة ضوئية متوازية على سطح مصقول مثل مرآة مستوية فأنها تنعكس متوازية أيضا وذلك لان جميع الأشعة تسقط بزاويات متساوية و تنعكس بزوايا متساوية ، وتتكون صورة واضحة نتيجة لذلك . ويعرف الانعكاس بالانعكاس المنتظم .

تعريف الانعكاس المنتظم :-

هو الانعكاس الذي يحدث نتيجة سقوط أشعة ضوئية متوازية على سطح مصقول مثل الانعكاس على سطوح المرايا وتتكون نتيجة لذلك صور واضحة .

2_ إذا سقطت أشعة ضوئية متوازية على سطح غير مصقول كالحائط مثلا :تكون زوايا سقوط الأشعة علية في النقط المختلفة غير عكس الأشعة في اتجاهات مختلفة وغير متوازية و لا تتكون صورا نتيجة لذلك ويسمي هذا بالانعكاس غير المنتظم .


تعريف الانعكاس غير المنتظم :-

هو الانعكاس الذي يحدث نتيجة سقوط أشعة ضوئية متوازية على سطح غير المصقول ولا تتكون صورا نتيجة لذلك مثل الانعكاس الحادث على سطح كراسة .


ثانيا :- الانكسار

عرفنا فيما سبق إن الضوء يسير خطوط مستقيمة في الوسط الشفاف المتجانس ، وألان نريد إن نعرف ما الذي يحدث له إذا انتقل من وسط شفاف إلى وسط آخر شفاف وكان مائلا ؟ وسط آخر شفاف ؟ للإجابة عن هذا السؤال في التجربة التالية :-

1_ خذ حوضا زجاجيا فارغا ، واسقط على سطحه حزمة ضوئية من ضوء الشمس أو من مصدر ضوئي خلال ثقب ضيق بحيث تكون مائلة على سطح الحوض ماذا تلاحظ ؟ تلاحظ إن الحزمة الضوئية تنفذ على استقامته دون تعاني اى انحراف .

2_ضع في الحوض مقدارا مناسبا من الماء المضاف إلية بعض مسحوق الطباشير ، حتى تري مسار الضوء خلاله بسهولة ماذا تلاحظ ؟ تلاحظ تغير اتجاه الحزمة الضوئية عند انتقالها إلي الماء أي انحراف مسيرها عن استقامته ؟ ويحدث الانحراف عند السطح الفاصل بين الوسطين (هواء ، وماء ) ويقال : إن الضوء في هذه الحالة لأفي انكسارا اى أن الأشعة الضوئية تغير اتجاهها عند سطح الانفصال .

3_اعد الخطوة السابقة مع جعل الحزمة الضوئية السابقة عمودية على لسطح الانفصال ماذا تلاحظ ؟
تلاحظ إن الحزمة الضوئية تنتقل من الهواء إلي الماء دون أن تعاني انكسارا.

الاستنتاج :-

1_ تسير الأشعة الضوئية في خطوط مستقيمة في الوسط الشفاف المتجانس.

2 _ يحدث انكسار للضوء عندما يمر بميل من وسط شفاف متجانس إلي وسط آخر شفاف متجانس يختلف عنه في الكثافة الضوئية وذلك نتيجة لتغير سرعة موجات الضوء عند انتقالها من وسط لأخر ، لأنه توجد علاقة بين سرعة موجات الضوء في وسط و الكثافة الضوئية لهذا الوسط .

3 _ انكسار الضوء :-
هو تغير مسار الضوء عندما يمر بميل من وسط شفاف متجانس إلي وسط آخر شفاف يختلف عنه الكشافة الضوئية .

ملاحظات :-

(1) _ الشروط الواجب توافرها لحدوث ظاهرة انكسار :-

1_ وجود وسطين شفافين مختلفين في الكثافة الضوئية .
2_ إن تكون الأشعة الضوئية الساقطة على السطح الفاصل بين الوسطين مائلة.

(2) _سبب حدوث انكسار الضوء عند انتقاله مائلا من وسط شفاف إلى وسط آخر شفاف مخالف له في الكثافة الضوئية يعزي ألي الاختلاف في سرعة الضوء في الأوسط الشفافة المختلفة في الكثافة الضوئية.

(3) _ الكثافة الضوئية لوسط :-هي القدرة الوسط على كسر الأشعة الضوئية عند نفاذها فيه ، ويلاحظ إن الكثافة الضوئية لوسط تختلف كل الاختلاف عن الكثافة المادية .

(4) _الماء والزجاج اكبر كثافة ضوئية من الهواء.

(5)_ إذا سقطت الأشعة الضوئية على السطح الفاصل بين وسطين شفافين بصورة عمودية فإنها تنفذ إلى الوسط الثاني دون أن تنكسر.

(6)_ عند سقوط حزمة ضوء رفيعة من الهواء إلى الماء نلاحظ أنه في نقطة السقوط ينعكس جزء من الضوء وينفذ الجزء الآخر في الماء منكسرا وبالتالي تكون هناك زاوية سقوط وزاوية انعكاس وزاوية انكسار ونسأل هنا سؤال كم من الطاقة التي ينقلها الإشعاع إلى السطح الفاصل بين الوسطين تؤخذ من قبل الأشعة المنعكسة وكم من الطاقة تؤخذ من قبل الأشعة المنكسرة ؟ للإجابة على هذا السؤال نفرض أن الإشعاع يحمل إلى نقطة السقوط خلال فترة زمنية معينة طاقة ولتكن E بعد ذلك تنقسم هذه الطاقة فيكون نصيب الأشعة المنعكسة منها E refl بينما نصيب الأشعة المنكسرة E refr ومن قانون حفظ الطاقة نجد أن الطاقة الساقطة تساوي مجموع الطاقتين التي تحملها الأشعة المنعكسة والتي تحملها الأشعة المنكسرة وبما أن كل وسط ما عدا الفراغ يمتص من طاقة الإشعاع إذا لا تصلح هذه المساوة إلا عند القياس بالقرب من نقطة السقوط فإذا عبر الشعاع الضوئي لمسافات كبيرة من الوسط ولم يضعف إلا بشيء صغير نسمي هذا الوسط وسطا شفافا مثل الزجاج والماء والكحول وبالعكس تمتص المعادن بشدة كبيرة الإشعاع الضوئي الذي ينفذ إليها بمعنى أنها ليست شفافة بالنسبة له وتعكس القسم الأعظم من الإشعاعات التي تسقط عليها ونلاحظ هنا أن كل وسط بدرجة أو بأخرى يعكس ويمتص الإشعاع الضوئي ويعتمد انعكاس وامتصاص الإشعاع الساقط على الجسم على - نوع المادة - حالة السطح - تركيب الإشعاع - زاوية السقوط - حيث عند زيادة زاوية سقوط الأشعة يزيد نصيب الضوء المنعكس وينقص نصيب الضوء المنكسر ونلاحظ أيضا اعتماد الانعكاس والامتصاص على تردد الموجات يكون له طبيعة اختيارية أي أن المادة تعكس أو تمتص بقوة ذبذبات بتردد معين وتضعف ذبذبات بتردد آخر وعلى سبيل المثال يمتص الغلاف الجوي للأرض الموجات ذات الطول ألموجي القصير من الطيف المرئي بقوة ( وهذا من نعمة الله علينا ) بينما يمتص الموجات الطويلة أضعف بكثير .


ملاحظات:-

(1) _ بعض المصطلحات المستخدمة في دراسة ظاهرة انكسار الضوء :-

1_الشعاع المنكسر :-
هو الشعاع النافذ من السطح الفاصل إلي الوسط الأخر .

2_عمود السقوط :-
هو العمود المقام من نقطة السقوط على السطح الفاصل .

(2) _ إذا انتقل شعاع ضوئي مائلا من وسط اقل ضوئية إلي وسط اكبر منه فانه بعد أن يصل إلى سطح يغير اتجاهه ويتخذ اتجاها مستقيما أخر ويقال عندئذ إن الشعاع انكسارا . ويلاحظ إن الشعاع ينكسر مقتربا من العمود المقام منقطة السقوط علي السطح الفاصل ، وبذلك لنقص سرعته ، وتكون زاوية السقوط اكبر من زاوية الانكسار .

تعريف الزاوية الحرجة :-
وهى زاوية سقوط في وسط اكبر كثافة ضوئية تقابله زاوية انكسار في وسط اقل كثافة ضوئية مقدارها 90 .

تعريف الانعكاس الكلي :
وهو انعكاس الشعاع الساقط في الوسط الأكبر كثافة ضوئية عندما تكون زاوية السقوط اكبر من الزاوية الحرجة.






قانونا الانكسار :

قانون الانكسار الأول :
نسبة جيب زاوية السقوط إلى جيب زاوية الانكسار لوسطين معينين هي مقدار ثابت يعرف بمعامل الانكسار النسبي بين الوسطين.

قانون الانكسار الثاني:
يقع الشعاع الساقط والشعاع المنكسر في مستوى واحد مع العمود المقام من نقطة سقوط الشعاع على السطح الفاصل بين الوسطين.

قانون سنل:
ناتج ضرب معامل الانكسار المطلق للوسط الأول في جيب زاوية السقوط يساوي ناتج ضرب معامل الانكسار المطلق للوسط الثاني في جيب زاوية الانكسار.

معامل الانكسار النسبي بين وسطين:
هو النسبة بين سرعة الضوء في الوسط الأول وسرعة الضوء في الوسط الثاني.