انعكاس و انكسار الضوء
إلى فهرس موسوعة الضوء
مقدمة :
الانعكاس هو
.. ارتداد الشعاع الضوئي نتيجة سقوطه على سطح مصقول .
أما الاتكسار فهو .. تغير مسار الشعاع
الضوئي نتيجة مروره خلال وسطين مختلفي الكثافة مما يغير من سرعته
المرآة هى ســطح لـه القـدرة على أن يـعكس مـعظم الأشــعة الضـوئيــة الســاقـطة عـليـــه . و لكى يكـون للســطح هــذه الـقدرة يـجـب أن يـكون أمـلســا و على درجـة عاليــة جـدا من الـنعــومة و الانتـظام .
|
قـانـونـا الإنعكاس : من الـمعـروف أنـه إذا ســقط شـعاع ضـوئى على ســطح عاكـس فإنه يرتد وفـقا للـقانونين التـاليين : الـقانـون الأول : زاويـة الســقوط = زاوية الإنـعكاس. و زاويـة الســـقوط هى الـزاويـة التى تقع بين الشــعاع الســاقط و الـعـمود الـمـقام على الســـطح الـعاكس عـند نقـطة تلاقى الشــاع الســاقط مـع الســطح و زاويـة الإنـعكاس هى الـزاويـة بين نفس العـمود و الشــعاع الـمنعـكس . الـقانـون الـثانى : الشــعاع الســاقط و الشــعاع الـمنعكس و العـمــود الـمقام على الســطح الـعاكس عـند نـقطة السـقوط تـقع جميـعها فى مســتوى واحــد عـمـودى على الســطح العـاكس . |
|
|
وشــكل( 8 ) يـوضح انعكاس شــعاع ضـوئى على سـطح عاكس .
و الـمرايا بـصـفة عـامة نادرة الـوجــود فى الـطبـيعة فـمعظم الأجســام من حـولنـا تـمتص نســبة كبيـرة من الضـوء السـاقط عليـها لتتـوفر فيـها الصـفات اللازمـة لتـعمـل كـمرآة . فـمثلا الـرمال و الـتربة و الأحجـار و الأخشــاب و غيرها مـواد ذات ســطوح خشــنة و غير منتـظمة. و يـمكن إعتبـار الســطح الخشـن مكـونا من عـدد كبير من الحبيـبات الـغير منتـظمـة
فـإذا سـقطت أشـــعة ضــوئيـة على مـثل هـذا السـطح الخـشـن كما فىالشــكل ( 9 ) و قـمنا بتـطبـيق قـانـونى الانعكاس علىكل عنصر من عنـاصر هـذا الســطح نـجد أن الضـوء المـرتد يـكون فى إتجـاهـات كثـيرة مختلفة و بـذلك يـتشــتت الضــوء المـرتد و يسـمى ضــوء مـشـتت .
إن صـناعة الـمرآة الـجـيدة ليس بالأمـر اليـسير فـسطح الـمرآة لابد أن يكـون على درجـة عاليـة من النعـومة قد يصل حجـم حـبيـباته إلى واحد من البـليون من السـنـتـيمتر بالإضافة إلى ذلك لابد أن يـكون امتصـاصه للضـوء منعـدما و يتـوفر ذلك فى الـمعادن . و هـذا هـو الســبب فى نـدرة وجــود المـرايا فى الطبيـعة و ذلك لـندرة وجــود المعادن فى صـورتها المنـفردة فى الطبيـعة .
و تصـنع الـمرايا الـعاديـة التى تســتخـدم فى حـياتنا الـيوميـة من لـوح من الـزجاج يـغطى ســطحـه الـخلفى بـطبـقة رقـيقة من الـقـصدير الـمـملغم بالـزئبـق ثم تطلى باللـون الأســود لـحمايتها . و لا تصلح مثل هـذه الـمرآة فى صـناعة الأجـهزة الـدقيـقة مـثل أجهـزة الطيف أو التلـسكوبات الفلكيـة و غيرها لـعدة أسـباب ، منـها أن جـزءا من الضـوء ينـعكس على ســطح الـزجاج نـفســه قبل أن يصل إلى الطبـقة المعـدنيـة الـعاكســة و بذلك تتـكون صـورة ثانـوية بالانـعكاس على ســطح الـزجـاج . بالإضافة إلى ذلك فإن الـزجاج يـمتص جـزءا من الأشــعة الـفوق بنفسـجية ( لا يمـرر الأطوال الـموجيـة الأقل من 360 نانومتر )
و كذلك جـزءا كبيرا من الأشــعة تحت الحـمراء لـذلك تصـنع الـمرايا لـمثل هـذه الأغـراض بصـقل السـطح الـزجاجى صـقلا جـيدا ليصل إلى درجـة عاليـة من النـعـومة ثم يـتم تبـخير عليـه طـبقة مـعدنيـة رقيـقة من الفضـة أو الألـومنيـوم مثلا فى جـو مـفرغ من الـهـواء حتى لا يتـأكسـد السـطح . و هـذه المـرآة تسـمى مـرآة سـطحيـة و هى تـعكس مـعظم الأشــعـة الســاقـطة عليها و قـد يصل نســبة ما تعكســه من الضــوء إلى 98% أو أكثر حـسب نـوع المـعدن و سـمك الطـبقة كذلك فـإنـها تعكس فى منطـقـة الأشــعة الـفوق بنـفسـجية و تحـت الـحمراء .
إذا و قـفت أمـام مـرآة مســتوية ( شكل 10 ) ســوف تـرى صــورة نـفســك و التى لـها الخـصائص الـتــاليـة :
|
1- الصــورة مـعـتدلة . 2- الصـــورة لـها نـفس حجـمك . 3- تـقـع الصــورة خـلف المـرآة على نـفس بـعـدك من الـمـرآة. 4 - الصــورة مـعكـوســة يميـنا و يســـارا . فـإذا لـوحـت بيـدك اليـمنى ترى أن اليـد اليـسرى للـصــورة هى التى تتحـرك . كـذلك فــإنك إذا وضـعت كتـابا مثلا أمـام الـمرآة سـتجـد ان الكتــابة فى الصـورة مـعـكوســة و لهـذا الســبب فإن كلمـة "إســــــعاف" التى تكـتب على مـقـدمـة ســيارات الإســعاف تكـتب معـكوســـة ليراهـا ســائق الســيارة التى أمـامها فى مـرآة ســيارته مـعتدلة و يـفسـح لـها الـطريق . |
|
|
|
|
|
ولتـوضيح أن الصـورة تتـكون خلف الـمرآة نسـتعين بالشـكل ( 11 ) الـذى يـوضح جســم مـوضـوع أمـام مـرآة مسـتوية. يخـرج شـعاع ضـوئى من نـقطة على الجـسم و ينـعكس على سـطح المـرآة بحـيث تـكون زاوية السـقوط مســاوية لـزاوية الانكســار ثم يـسقط الشــعاع على العين فيـظهر للـعين كأنه آتيـا من خـلف الـمرآة .
|
و فى الـواقـع فـإن كل نـقطة من نقـاط سـطح الجسـم تخـرج منهـا الأشــعة فى جميع الاتجـاهات و لكن حـزمة صـغيرة منها تدخل إلى الـعين . و الشـكل يـوضح مســار أثنين من هـذه الأشـــعة و يتضح من الشــكل أنه ليس هنـاك أشـــــعة تخـرج من الصـورة و لكن الأشــعة التى تخـرج من كل نقطـة من نقـاط الجســم و تنعكس على المـرآة تـبدو آتـيـة من نقـط مقابلة من الصــورة و لـذلك تســمى هـذه الصــورة تـخـيلية أو تـقديريـة.
|
|
إذا وضـع جســم بين مـرآتين مســتويتـين تـحـصران بيـنـهما زاويـة فـإنه يـتكون لـهذا الـجسم عـدد من الـصــور نتـيجـة للإنـعكاســات الـمتعددة التى تـحدث على سـطحى الـمرآتين . و يـعـتمـد عـدد الصـور الـمتـكونة على الـزاوية بين الـمرآتين و يـزداد هـذا الـعدد كلـما صـغرت الـزاوية بين الـمرآتين ، فـإذا أصبـحت الـمـرآتان مـتوازيتـين يصـبح عـدد الصـور المتكـونة لجســم مـوضــوع بينـهما لانـهائيا .
و بصـفة عـامة فـإن الـعلاقة بين عـدد الصـور( ن ) و الـزاويـة ( ز ) بين الـمرآتين يعطى بالـمعادلة :
عـدد الصور المتكونة لجـسم بين مـرآتين يـحصران
زاويـة قـائـمة
:
من المـعادلة الســابقة نجـد أنه إذا كانت الزاويـة بين الـمرآتين 90 درجـة تـكونت للجـسم المـوضـوع أمـامهما ثـلاث صــور.
بـاعتبـــار العلاقة بين عـدد الصــور و الـزاوية بين الـمرآتين نجـد أنه عـندما تـكون الـمرآتين متـوازيتين أى أن الـزاوية بيـنهما صــفرا فـإن عـدد الصــور الـمتكـونة لـجســم موضــوع بيـنهما لانـهائـيا .
الـمرآة الطـائرة - ( قاعة الضوء- مركز سوزان مبارك الاستكشافى للعلوم ) :
|
|
|
|
يمكنك أن ترى نفسك و كأنك تطير فى الهواء و ذلك بأن تحضر مرآتين مستويتين كبيرتين و تضعهما بحيث تكونتا متعامدتين. قـف عنـد حــافة إحـدى الـمرآتين بحـيث يكـون نـصف جســـمك خـارج الـمرآة . أنـظر فى الـمرآة سـوف ترى صــورة كأنها كاملة لجســمك كله ، ارفع رجلك و يـدك الـموجـودتان داخل الـمرآة ترى نفسـك و كأنك تطـير ( شكل 12 ) . و تفسير ذلك أنه تتـكون فى الـمرآة التى أمـامك صـورة تقديرية معتـدلة لنـصف الجســم الذى أمامها و تـكون معكوســـة اليمين و اليســار أى أن يســارك هـو يمين الصــورة . ثم تتـكون لـهـذه الصــورة فى المـرآة الثـانيـة صـورة أخـرى أيضا معتدلة و معكوسة بالنســبة للصـورة الأولى . |
|
|
و لـما كان نصـفا الجســم متماثـلين فيـبدو هـذان النصـفان المتلاصـقان كأنهما صــوره كاملة لك . و عـندما تـرفع يدك و رجلك ينـخدع العـقل و يخيـل إليـه أنه يرى الجســم كله و قد ارتفع عن الأرض و لكنـه فى الـواقع يرى صـورتين متلاصقتين لنـصف واحـد من الجســم و هـو النصـف الذى تـحـرك .