انكسار العناصر الخفيفة والقوانين والتجربة

ال انكسار الضوء هي الظاهرة البصرية التي تحدث عندما ينطلق الضوء بشكل غير مباشر على سطح الفصل بين وسيطين بمؤشر انكسار مختلف. عندما يحدث هذا ، يغير الضوء اتجاهه وسرعته.

يحدث الانكسار ، على سبيل المثال ، عندما يمر الضوء من الهواء إلى الماء ، لأن الماء به معامل إنكسار أقل. إنها ظاهرة يمكن رؤيتها تمامًا في حمام السباحة ، عند ملاحظة كيف تبدو أشكال الجسم تحت الماء تنحرف عن الاتجاه الذي ينبغي أن تكون عليه.

إنها ظاهرة تؤثر على أنواع الموجات المختلفة ، على الرغم من أن حالة الضوء هي الأكثر تمثيلا وتلك التي لها حضور أكثر في أيامنا هذه.

قدم الفيزيائي الهولندي ويلبرورد سنيل فان رويين تفسير انكسار الضوء ، الذي أنشأ قانونًا لشرحه أصبح يعرف باسم قانون سنيل..

وكان من بين العلماء الذين أولوا اهتمامًا خاصًا بانكسار الضوء إسحاق نيوتن. لدراسته ، ابتكر المنشور الزجاجي الشهير. في المنشور ، يخترق النور أحد وجوهه وينكسر ويتحلل بألوان مختلفة. بهذه الطريقة ، أثبتت ظاهرة انكسار الضوء أن الضوء الأبيض يتكون من جميع ألوان قوس قزح.

مؤشر

• 1 عناصر الانكسار
  • 1.1 مؤشر انكسار الضوء في الوسائط المختلفة
• 2 قوانين الانكسار
  • 2.1 أول قانون للانكسار
  • 2.2 القانون الثاني للانكسار
  • 2.3 مبدأ فيرما
  • 2.4 عواقب قانون سنيل
  • 2.5 زاوية الحد والتفكير الداخلي الكلي
• 3 تجارب
  • 3.1 الأسباب 
• 4 انكسار الضوء في يوم ليوم
• 5 المراجع 

عناصر الانكسار

العناصر الرئيسية التي يجب أخذها في الاعتبار عند دراسة انكسار الضوء هي كما يلي: - الشعاع العرضي ، وهو حادث الأشعة المائل بشكل غير مباشر على سطح الفصل بين الوسطتين الماديتين. - الأشعة المنكسرة ، وهو الشعاع الذي يعبر الوسيط ، مع تعديل اتجاهه وسرعته. - الخط العادي ، وهو الخط الوهمي المتعامد مع سطح الفصل بين الوسيطتين. - زاوية السقوط (ط) ، والتي تعرف باسم الزاوية التي تشكلها الشعاع الساقط مع الوضع الطبيعي. - زاوية الانكسار (r) ، والتي يتم تعريفها على أنها الزاوية التي تشكلها الزاوية الطبيعية مع الشعاع المنكسر.

-بالإضافة إلى ذلك ، يجب على المرء أيضًا مراعاة مؤشر الانكسار (n) الخاص بالوسيط ، وهو الحد الأقصى لسرعة الضوء في الفراغ وسرعة الضوء في الوسط.

ن = ج / ت

في هذا الصدد ، تجدر الإشارة إلى أن سرعة الضوء في الفراغ تأخذ قيمة 300،000،000 م / ث.

مؤشر الانكسار للضوء في وسائل الإعلام المختلفة

مؤشر الانكسار للضوء في بعض أكثر الوسائل شيوعًا هو:

قوانين الانكسار

غالبًا ما يشار إلى قانون سنيل بقانون الانكسار ، ولكن الحقيقة هي أنه يمكن القول أن قوانين الانكسار هما.

أول قانون الانكسار

الأشعة السينية ، الأشعة السينية المنكسرة والأشعة العادية هي في نفس المستوى من الفضاء. في هذا القانون ، الذي يستنبطه سنيل أيضًا ، يتم تطبيق التفكير أيضًا.

القانون الثاني من الانكسار

والثاني قانون الانكسار أو قانون سنيل ، يتحدد بالتعبير التالي:

ن₁ سين أنا = ن₂ سين ص

يجري ن₁ مؤشر الانكسار للوسط الذي يأتي منه الضوء ؛ أنا زاوية الإصابة. ن₂ مؤشر الانكسار للوسط الذي ينكسر فيه الضوء ؛ ص زاوية الانكسار.

مبدأ فيرما

من بداية الحد الأدنى من الوقت أو مبدأ Fermat ، يمكننا استنتاج كل من قوانين التفكير وقوانين الانكسار ، والتي رأيناها للتو.

يؤكد هذا المبدأ على أن المسار الحقيقي الذي يتبع بصيص ضوء يتحرك بين نقطتين من الفضاء هو المسار الذي يتطلب وقتًا صغيراً لعبوره.

عواقب قانون سنيل

بعض النتائج المباشرة المستخلصة من التعبير السابق هي:

أ) إذا ن₂ > ن₁ . سين ص < sen i o sea r < i

لذلك عندما تمر شعاع الضوء من وسط به معامل إنكسار أقل إلى وسط به معامل إنكسار أعلى ، فإن الأشعة المنكسرة تقترب من الوضع الطبيعي.

ب) إذا n2 < n₁ . sen r> sin i أو r> i

لذلك عندما تنتقل شعاع الضوء من وسط ذي معامل إنكسار أعلى إلى وسط به مؤشر أقل ، فإن الأشعة المنكسرة تبتعد عن المعتاد.

ج) إذا كانت زاوية السقوط صفراً ، تكون زاوية حزمة الانكسار صفراً.

زاوية الحد والتفكير الداخلي الكلي

من النتائج المهمة الأخرى لقانون سنيل هو ما يعرف بزاوية الحد. هذا هو الاسم المعطى لزاوية الإصابة التي تتوافق مع زاوية الانكسار التي تبلغ 90 درجة.

عندما يحدث هذا ، يتحرك الأشعة المنكسرة متدفقة مع سطح الفصل بين الوسيطتين. وتسمى هذه الزاوية أيضا الزاوية الحرجة.

للزوايا فوق زاوية الحد ، تحدث ظاهرة تسمى الانعكاس الداخلي الكلي. عندما يحدث هذا ، لا يحدث الانكسار ، حيث أن شعاع الضوء بأكمله ينعكس داخليًا. يحدث الانعكاس الداخلي الكلي فقط عند الانتقال من وسيط ذي معامل إنكسار أعلى إلى وسيط ذي معامل إنكسار أقل.

أحد تطبيقات الانعكاس الداخلي الكلي هو توصيل الضوء عبر الألياف الضوئية دون فقدان الطاقة. بفضل ذلك ، يمكننا الاستمتاع بسرعات نقل البيانات العالية التي تقدمها شبكات الألياف البصرية.

تجارب

تجربة أساسية للغاية لتكون قادرًا على ملاحظة ظاهرة الانكسار تتمثل في إدخال قلم رصاص أو قلم في كوب مملوء بالماء. نتيجة لانكسار الضوء ، يظهر جزء من القلم أو القلم الرصاص المغمرين مكسورًا قليلاً أو منحرفًا فيما يتعلق بالمسار الذي يتوقع المرء.

يمكنك أيضًا تجربة القيام بتجربة مماثلة باستخدام مؤشر ليزر. بالطبع ، من الضروري صب بضع قطرات من الحليب في كوب من الماء لتحسين رؤية ضوء الليزر. في هذه الحالة ، يوصى بإجراء التجربة في ظروف الإضاءة المنخفضة لتقدير مسار حزمة الضوء بشكل أفضل.

في كلتا الحالتين ، من المثير للاهتمام تجربة زوايا مختلفة من الإصابة ومراقبة مدى اختلاف زاوية الانكسار مع تغير هذه التغييرات.

الأسباب 

يجب البحث عن أسباب هذا التأثير البصري في انكسار الضوء الذي يتسبب في ظهور صورة القلم (أو شعاع الليزر) منحرفة تحت الماء فيما يتعلق بالصورة التي نراها في الهواء.

انكسار الضوء في يوم ليوم

يمكن ملاحظة انكسار الضوء في العديد من الحالات من يومنا إلى يوم. البعض منا قد ذكرهم بالفعل ، والبعض الآخر سوف نذكرهم أدناه.

إحدى عواقب الانكسار هي أن التجمعات تبدو ضحلة أكثر مما هي عليه بالفعل.

تأثير الانكسار الآخر هو قوس قزح الذي يحدث لأن الضوء ينكسر عبر تمرير قطرات الماء في الجو. إنها نفس الظاهرة التي تحدث عندما يمر شعاع من الضوء عبر المنشور.

من النتائج الأخرى لانكسار الضوء أننا نلاحظ غروب الشمس عندما يكون ذلك لعدة دقائق منذ حدوثها بالفعل.

مراجع

1. الضوء (n. في ويكيبيديا. تم الاسترجاع في 14 مارس 2019 ، من en.wikipedia.org.
2. بورك ، جون روبرت (1999). الفيزياء: طبيعة الأشياء. مكسيكو سيتي: محررو طومسون الدولية. 
3. الانعكاس الداخلي الكلي (n.d.). في ويكيبيديا. تم الاسترجاع في 12 مارس 2019 ، من en.wikipedia.org.
4. الضوء (n. في ويكيبيديا. تم الاسترجاع في 13 مارس 2019 ، من en.wikipedia.org.
5. لاكنر ، جون (1987). نظرية الانعكاس ، الموجات الكهرومغناطيسية والجسيمات. عارضة خشبية.
6. الانكسار (n. في ويكيبيديا. تم الاسترجاع في 14 مارس 2019 ، من en.wikipedia.org.
7. كراوفورد جونيور ، فرانك س. (1968). موجات (دورة بيركلي للفيزياء ، المجلد 3) ، ماكجرو هيل.