ينعكس شعاع الضوء على سطح المرآة. انعكاس الضوء

وتجدر الإشارة إلى أن الصورة التي نراها على الجانب الآخر من المرآة لا تنشأ من الأشعة نفسها، بل من تأثيرها. الاستمرار العقلي. هذه الصورة تسمى خيالي.يمكن رؤيته بالعين، لكن لا يمكن رؤيته على الشاشة، لأنه لم يتم إنشاؤه بواسطة الأشعة، بل من خلال استمرارها العقلي.

عند الانعكاس، يتم أيضًا ملاحظة مبدأ أقصر وقت لانتشار الضوء. لكي يصل الضوء إلى عين الراصد بعد الانعكاس، يجب أن يأتي الضوء بالضبط في المسار الذي يوضحه له قانون الانعكاس. ومن خلال الانتشار على طول هذا الطريق سوف ينفق الضوء أقل وقتمن جميع الخيارات الممكنة.

قانون انكسار الضوء

كما نعلم بالفعل، يمكن للضوء أن ينتشر ليس فقط في الفراغ، ولكن أيضًا في الوسائط الشفافة الأخرى. في هذه الحالة، سوف يواجه الضوء الانكسار.عند الانتقال من وسط أقل كثافة إلى وسط أكثر كثافة، فإن شعاع الضوء عند انكساره ينضغط على العمود المرسوم على نقطة السقوط، وعند الانتقال من وسط أكثر كثافة إلى وسط أقل كثافة يكون عكس ذلك. : ينحرف عن العمودي.

هناك نوعان من قوانين الانكسار:

الشعاع الساقط والشعاع المنكسر والعمودي المرسوم على نقطة السقوط يقعون في نفس المستوى.

2. النسبة بين جيبي زاويتي السقوط والانكسار تساوي علاقة عكسيةمعامل الانكسار:

الخطيئة أ = ن2

خطيئة ز ن1

من المثير للاهتمام مرور شعاع الضوء عبر منشور ثلاثي السطوح. في هذه الحالة، على أية حال، هناك انحراف للشعاع بعد مروره بالمنشور عن الاتجاه الأصلي:

الأجسام الشفافة المختلفة لها معاملات انكسار مختلفة. بالنسبة للغازات فهو يختلف قليلاً عن الوحدة. ويزداد مع زيادة الضغط، وبالتالي فإن معامل انكسار الغازات يعتمد أيضًا على درجة الحرارة. دعونا نتذكر أنه إذا نظرت إلى الأشياء البعيدة من خلال هواء حارونحن نرتفع من النار نرى أن كل شيء على مسافة يبدو وكأنه ضباب متمايل. بالنسبة للسوائل، لا يعتمد معامل الانكسار على السائل نفسه فحسب، بل يعتمد أيضًا على تركيز المواد المذابة فيه. يوجد أدناه جدول صغير لمؤشرات الانكسار لبعض المواد.

الانعكاس الداخلي الكلي للضوء.

الألياف البصرية

وتجدر الإشارة إلى أن شعاع الضوء الذي ينتشر في الفضاء له خاصية الانعكاس. وهذا يعني أن المسار الذي ينتشر فيه الشعاع من المصدر في الفضاء، سيعود على نفس المسار، إذا تم تبديل المصدر ونقطة المراقبة.

لنتخيل أن شعاع الضوء ينتشر من وسط أكثر كثافة بصريًا إلى وسط أقل كثافة بصريًا. ثم، وفقا لقانون الانكسار، عندما تنكسر، ينبغي أن تخرج منحرفة عن العمودي. النظر في الأشعة المنبعثة من نقطه المصدرالضوء في بيئة أكثر كثافة بصريا، مثل الماء.

من هذا الشكل يمكن ملاحظة أن الشعاع الأول يضرب الواجهة بشكل عمودي. في هذه الحالة، لا ينحرف الشعاع عن الاتجاه الأصلي. غالبًا ما تنعكس طاقتها من الواجهة وتعود إلى المصدر. ويخرج باقي طاقته. تنعكس الأشعة المتبقية جزئيًا وتخرج جزئيًا. وكلما زادت زاوية السقوط، زادت أيضًا زاوية الانكسار، وهو ما يتوافق مع قانون الانكسار. ولكن عندما تأخذ زاوية السقوط هذه القيمة، وفقًا لقانون الانكسار، يجب أن تكون زاوية خروج الحزمة 90 درجة، فلن تصل الحزمة إلى السطح على الإطلاق: كل 100٪ من طاقة الحزمة ستكون ينعكس من الواجهة. جميع الأشعة الأخرى التي تسقط على الواجهة بزاوية أكبر من هذه سوف تنعكس بالكامل من الواجهة. تسمى هذه الزاوية زاوية الحد، وتسمى هذه الظاهرة انعكاس داخلي كامل.وهذا هو، الواجهة في في هذه الحالةبمثابة مرآة مثالية. يمكن حساب قيمة الزاوية الحدية للحدود مع الفراغ أو الهواء باستخدام الصيغة:

Sin أبريل = 1/نهنا ن– معامل الانكسار للوسط الأكثر كثافة.

ظاهرة الاكتمال انعكاس داخليتستخدم على نطاق واسع في مختلف الأجهزة البصرية. على وجه الخصوص، يتم استخدامه في جهاز لتحديد تركيز المواد الذائبة في الماء (مقياس الإنكسار). هناك يتم قياسه زاوية الحدالانعكاس الداخلي الكلي، ومنه يتم تحديد معامل الانكسار ومن ثم يتم تحديد تركيز المواد الذائبة من الجدول.

ظاهرة الانعكاس الداخلي الكلي واضحة بشكل خاص في الألياف البصرية. يوضح الشكل أدناه مقطعًا عرضيًا لواحد من الألياف الزجاجية:

لنأخذ أليافًا زجاجية رفيعة ونطلق شعاعًا من الضوء على أحد الأطراف. وبما أن الألياف رقيقة جدًا، فإن أي شعاع يدخل إلى نهاية الألياف سوف يسقط عليها. السطح الجانبيبزاوية تتجاوز بشكل كبير الزاوية الحدية وسوف تنعكس بالكامل. وبالتالي، فإن الشعاع الداخل سوف ينعكس عدة مرات من السطح الجانبي ويخرج من الطرف المقابل دون أي خسارة تقريبًا. ظاهريًا، سيبدو كما لو أن الطرف الآخر من الألياف يتوهج بشكل ساطع. بالإضافة إلى ذلك، ليس من الضروري على الإطلاق أن تكون الألياف الزجاجية مستقيمة. يمكن ثنيه بأي طريقة تريدها، ولن يؤثر أي انحناء على انتشار الضوء على طول الألياف.

وفي هذا الصدد، توصل العلماء إلى فكرة: ماذا لو لم نأخذ أليافًا واحدة، بل مجموعة كاملة منها. ولكن في الوقت نفسه، من الضروري أن تكون جميع الألياف الموجودة في الحزمة بترتيب متبادل صارم وعلى جانبي الحزمة تكون نهايات جميع الألياف في نفس المستوى. وإذا تم في نفس الوقت تطبيق صورة على أحد طرفي الحزمة باستخدام عدسة، فإن كل ألياف على حدة ستنقل جسيمًا صغيرًا واحدًا من الصورة إلى الطرف المقابل للحزمة. معًا، ستعيد الألياف الموجودة في الطرف المقابل للحزمة إنتاج نفس الصورة التي تم إنشاؤها بواسطة العدسة. علاوة على ذلك، ستكون الصورة في ضوء طبيعي. وهكذا تم إنشاء جهاز سمي فيما بعد منظار المعدة الليفي. يمكن لهذا الجهاز فحص السطح الداخلي للمعدة دون إجراء عملية جراحية. يتم إدخال منظار ليفي من خلال المريء إلى المعدة ويتم فحص السطح الداخلي للمعدة. من حيث المبدأ، لا يستطيع هذا الجهاز فحص المعدة فحسب، بل أيضًا الأعضاء الأخرى من الداخل. يستخدم هذا الجهاز ليس فقط في الطب، ولكن أيضا في مناطق مختلفةتقنيات فحص المناطق التي يتعذر الوصول إليها. وفي الوقت نفسه، يمكن أن يحتوي الحزام نفسه على جميع أنواع الانحناءات التي لا تؤثر بأي شكل من الأشكال على جودة الصورة. العيب الوحيد لهذا الجهاز هو البنية النقطية للصورة: أي أن الصورة تتكون من نقاط فردية. لكي تكون الصورة أكثر وضوحا، يجب أن يكون لديك المزيد كمية كبيرةالألياف الزجاجية، وينبغي أن تكون أرق. وهذا يزيد بشكل كبير من تكلفة الجهاز. أنف مزيد من التطويرالقدرات التقنية هذه المشكلةسيتم حلها قريبا.

عدسة

أولا، دعونا ننظر إلى العدسة. العدسة هي جسم شفافيحدها إما سطحان كرويان، أو سطح كروي ومستوى.

دعونا ننظر إلى العدسات في المقطع العرضي. تقوم العدسة بثني شعاع الضوء الذي يمر عبرها. إذا تم جمع الشعاع عند نقطة ما بعد مروره عبر العدسة، تسمى هذه العدسة جمع.إذا انحرف شعاع ضوئي متوازي ساقط بعد مروره عبر العدسة، تسمى هذه العدسة نثر.

فيما يلي العدسات المتقاربة والمتباعدة وخصائصها حرف او رمز:

ومن هذا الشكل يتضح أن جميع الأشعة المتوازية الساقطة على العدسة تتجمع عند نقطة واحدة. هذه النقطة تسمى ركز(F) العدسات. تسمى المسافة من التركيز إلى العدسة نفسها البعد البؤريالعدسات. يتم قياسه بالأمتار في نظام SI. ولكن هناك وحدة أخرى تميز العدسة. وتسمى هذه الكمية بالقدرة الضوئية وهي معكوسة للبعد البؤري وتسمى الديوبتر. (موانئ دبي). تمت الإشارة إليه بالحرف د. د = 1/واو.بالنسبة للعدسة المجمعة، فإن قيمة الطاقة الضوئية لها علامة زائد. إذا تم تطبيق الضوء المنعكس من أي كائن ممتد على العدسة، فسيتم عرض كل عنصر من عناصر الكائن في مستوى يمر عبر التركيز في شكل صورة. في هذه الحالة، ستكون الصورة مقلوبة. وبما أن هذه الصورة سيتم إنشاؤها بواسطة الأشعة نفسها، فسيتم استدعاؤها صالح.

وتستخدم هذه الظاهرة في الكاميرات الحديثة. يتم إنشاء الصورة الفعلية على فيلم فوتوغرافي.

تعمل العدسة المتباعدة بشكل معاكس للعدسة المجمعة. إذا سقط عليها شعاع ضوئي متوازي على طول الخط الطبيعي، فبعد المرور عبر العدسة، سوف يتباعد شعاع الضوء كما لو كانت جميع الأشعة تخرج من نقطة وهمية تقع على الجانب الآخر من العدسة. تسمى هذه النقطة بالبؤرة التخيلية وسيكون للبعد البؤري علامة ناقص. وبالتالي، سيتم التعبير عن القوة البصرية لهذه العدسة أيضًا بالديوبتر، ولكن قيمتها ستكون لها علامة ناقص. عند عرض الأشياء المحيطة من خلال عدسة متباعدة، ستظهر جميع الكائنات المرئية من خلال العدسة أصغر في الحجم

ظل اللهب

أضاء الشمعة المشتعلة بقوة مصباح كهربائي. على شاشة مصنوعة من ورقة بيضاء، لن يظهر ظل الشمعة فحسب، بل سيظهر أيضًا ظل لهبها.

للوهلة الأولى، يبدو غريبًا أن يكون لمصدر الضوء نفسه ظل خاص به. ويفسر ذلك أن في لهب الشمعة جزيئات ساخنة غير شفافة وأن الفرق في سطوع لهب الشمعة والذي ينيرها كبير جداً. مصدر قويسفيتا. من الجيد جدًا ملاحظة هذه التجربة عندما تضاء الشمعة بأشعة الشمس الساطعة.

قانون انعكاس الضوء

سنحتاج في هذه التجربة إلى: مرآة صغيرة مستطيلة وقلم رصاص طويلين.
ضع قطعة من الورق على الطاولة وارسم خطًا مستقيمًا عليها. ضع مرآة على الورقة بشكل عمودي على الخط المرسوم. لمنع المرآة من السقوط، ضع الكتب خلفها.

للتأكد من أن الخط المرسوم على الورقة متعامد تمامًا مع المرآة، تأكد من ذلك
وكان هذا الخط وانعكاسه في المرآة مستقيمين بلا انقطاع عند سطح المرآة. لقد كنت أنا وأنت من خلقنا العمودي.

ستكون أقلام الرصاص بمثابة أشعة ضوئية في تجربتنا. ضع أقلام الرصاص على قطعة من الورق جوانب مختلفةمن الخط المرسوم بحيث تواجه الأطراف بعضها البعض وإلى النقطة التي يستقر فيها الخط على المرآة.

تأكد الآن من أن انعكاسات أقلام الرصاص في المرآة وأقلام الرصاص الموجودة أمام المرآة تشكل خطوطًا مستقيمة دون انقطاع. سيلعب أحد أقلام الرصاص دور الشعاع الساقط والآخر - الشعاع المنعكس. الزوايا المحصورة بين أقلام الرصاص والعمودي المرسوم متساوية.

إذا قمت الآن بتدوير أحد أقلام الرصاص (على سبيل المثال، زيادة زاوية السقوط)، فيجب عليك أيضًا تدوير القلم الرصاص الثاني بحيث لا يكون هناك فاصل بين القلم الرصاص الأول واستمراريته في المرآة.
كلما قمت بتغيير الزاوية بين أحد قلم الرصاص والعمودي، عليك أن تفعل الشيء نفسه مع القلم الآخر حتى لا تزعج استقامة شعاع الضوء الذي يمثله قلم الرصاص.

انعكاس المرآة

يأتي الورق بدرجات مختلفة ويتميز بنعومته. ولكن حتى الورق الناعم جدًا غير قادر على الانعكاس كالمرآة، فهو لا يبدو كالمرآة على الإطلاق. إذا قمت بفحص مثل هذه الورقة الناعمة من خلال عدسة مكبرة، فيمكنك على الفور رؤية بنيتها الليفية ورؤية المنخفضات والدرنات على سطحها. ينعكس الضوء الساقط على الورقة بواسطة الدرنات والمنخفضات. هذه العشوائية من الانعكاسات تخلق ضوءًا منتشرًا.

ومع ذلك، يمكن أيضًا صنع الورق ليعكس اشعة الضوءبشكل مختلف حتى لا ينتج ضوء متناثر. صحيح أنه حتى الورق الناعم جدًا ليس مرآة حقيقية، ولكن لا يزال من الممكن تحقيق بعض الانعكاس منه.

خذ ورقة جدا ورق ناعموبعد أن تميل حافتها على جسر أنفك، تتجه نحو النافذة (يجب إجراء هذه التجربة في يوم مشمس ومشرق). يجب أن تنزلق نظراتك على الورقة. ستشاهد عليها انعكاسًا شاحبًا للغاية للسماء، وصورًا ظلية غامضة للأشجار والمنازل. وكلما كانت الزاوية بين اتجاه الرؤية والورقة أصغر، كلما كان الانعكاس أكثر وضوحًا. بطريقة مماثلةيمكن الحصول عليها على الورق انعكاس المرآةالشموع أو المصابيح الكهربائية.

كيف يمكننا تفسير ذلك على الورق، على الرغم من أنه سيئ، إلا أنه لا يزال بإمكانك رؤية الانعكاس؟
عندما تنظر على طول الورقة، فإن جميع درنات سطح الورق تسد المنخفضات وتتحول إلى سطح واحد متواصل. لم نعد نرى أشعة عشوائية من المنخفضات، فهي الآن لا تتداخل مع رؤية ما تعكسه الدرنات.

انعكاس الأشعة المتوازية

ضع ورقة بيضاء سميكة على مسافة مترين من مصباح الطاولة (بنفس مستواها). ضع مشطًا ذو أسنان كبيرة على إحدى حواف الورقة. تأكد من مرور الضوء الصادر من المصباح إلى الورقة من خلال أسنان المشط. بالقرب من المشط نفسه سوف تحصل على شريط من الظل من "ظهره". على الورقة، من شريط الظل هذا، يجب أن تكون هناك خطوط متوازية من الضوء تمر بين أسنان المشط

خذ مرآة صغيرة مستطيلة وضعها على خطوط الضوء. سوف تظهر خطوط من الأشعة المنعكسة على الورق.

قم بتدوير المرآة بحيث تسقط الأشعة عليها بزاوية معينة. سوف تتحول الأشعة المنعكسة أيضًا. إذا رسمت عموديًا على المرآة ذهنيًا عند مكان سقوط أي شعاع، فإن الزاوية بين هذا العمود والشعاع الساقط ستكون يساوي الزاويةشعاع منعكس. بغض النظر عن كيفية تغيير زاوية سقوط الأشعة على السطح العاكس، بغض النظر عن كيفية إدارة المرآة، فإن الأشعة المنعكسة ستخرج دائمًا بنفس الزاوية.

إذا لم يكن لديك مرآة صغيرة، يمكنك استبدالها بمسطرة فولاذية لامعة أو بشفرة حلاقة آمنة. ستكون النتيجة أسوأ إلى حد ما من المرآة، ولكن لا يزال من الممكن إجراء التجربة.

يمكنك أيضًا إجراء تجارب مماثلة باستخدام ماكينة الحلاقة أو المسطرة. ثني المسطرة أو ماكينة الحلاقة وضعها في مسار الأشعة المتوازية. إذا اصطدمت الأشعة بسطح مقعر فإنها تنعكس وتتجمع في نقطة واحدة.

وبمجرد وصولها إلى سطح محدب، تنعكس الأشعة منه مثل المروحة. ولملاحظة هذه الظواهر، فإن الظل الذي يأتي من "الجزء الخلفي" من المشط مفيد للغاية.

انعكاس داخلي كامل

تحدث ظاهرة مثيرة للاهتمام مع شعاع الضوء الذي ينتقل من وسط أكثر كثافة إلى وسط أقل كثافة، على سبيل المثال، من الماء إلى الهواء. لا يتمكن شعاع الضوء دائمًا من القيام بذلك. كل هذا يتوقف على الزاوية التي يحاول بها الخروج من الماء. الزاوية هنا هي الزاوية التي يصنعها الشعاع مع العمود الذي يريد أن يمر عبره. إذا كانت هذه الزاوية يساوي الصفر، ثم يخرج بحرية. لذلك، إذا وضعت زرًا في أسفل الكوب ونظرت إليه مباشرة من الأعلى، فسيكون الزر مرئيًا بوضوح.

إذا قمنا بزيادة الزاوية، فقد تأتي لحظة يبدو لنا فيها أن الكائن قد اختفى. في هذه اللحظة، سوف تنعكس الأشعة بالكامل من السطح، وتتعمق ولن تصل إلى أعيننا. وتسمى هذه الظاهرة الانعكاس الداخلي الكلي أو الانعكاس الكلي.

الخبرة 1

اصنع كرة من البلاستيسين بقطر 10-12 ملم وألصق فيها عود ثقاب. قطع دائرة بقطر 65 ملم من الورق السميك أو الورق المقوى. خذ صفيحة عميقة وقم بتمديد خيطين متوازيين للقطر الموجود عليها على مسافة ثلاثة سنتيمترات من بعضها البعض. قم بتثبيت أطراف الخيوط على حواف اللوحة باستخدام البلاستيسين أو الشريط اللاصق.

بعد ذلك، اخترقت الدائرة في المنتصف بخرز، وأدخل تطابقًا بالكرة في الحفرة. اجعل المسافة بين الكرة والدائرة حوالي مليمترين. ضع الدائرة، بحيث يكون جانب الكرة لأسفل، على الأوتار المشدودة في وسط اللوحة. إذا نظرت من الجانب، يجب أن تكون الكرة مرئية. الآن صب الماء في الطبق حتى الكوب. اختفت الكرة. لم تعد أشعة الضوء التي تحمل صورته تصل إلى أعيننا. لقد انعكسوا من السطح الداخلي للماء وتعمقوا في اللوحة. كان هناك انعكاس كامل.

الخبرة 2

تحتاج إلى العثور على كرة معدنية ذات عين أو ثقب، وتعليقها على قطعة من الأسلاك وتغطيتها بالسخام (من الأفضل إشعال النار في قطعة من الصوف القطني مبللة بزيت التربنتين أو الآلة أو زيت نباتي). بعد ذلك، صب الماء في كوب رقيق، وعندما تبرد الكرة، قم بخفضها في الماء. ستظهر كرة لامعة ذات "عظم أسود". يحدث هذا لأن جزيئات السخام تحبس الهواء، مما يخلق غلافًا غازيًا حول الكرة.

الخبرة 3

صب الماء في كوب ووضع ماصة زجاجية فيه. فإذا نظرت إليه من الأعلى، أمِله قليلاً في الماء حتى يظهر الجزء الزجاجي منه بوضوح، فسوف يعكس أشعة الضوء بقوة بحيث يصبح كالمرآة، كما لو كان مصنوعاً من الفضة. ولكن بمجرد أن نضغط على الشريط المطاطي بأصابعنا ونسحب الماء إلى الماصة، سيختفي الوهم على الفور، وسنرى فقط ماصة زجاجية - بدون زي مرآة. لقد أصبح كالمرآة بسبب ملامسة سطح الماء للزجاج، والذي يوجد خلفه الهواء. من هذا الحد الفاصل بين الماء والهواء (لا يؤخذ الزجاج في الاعتبار في هذه الحالة)، انعكست أشعة الضوء بالكامل وخلقت انطباعًا بالمرآة. عندما امتلأت الماصة بالماء، اختفى الهواء الموجود فيها، وتوقف الانعكاس الداخلي الكامل للأشعة، لأنها بدأت ببساطة بالمرور إلى الماء الذي ملأ الماصة.

انتبه إلى فقاعات الهواء التي توجد أحيانًا في الماء داخلنظارات. إن لمعان هذه الفقاعات هو أيضًا نتيجة الانعكاس الداخلي الكلي للضوء من حدود الماء والهواء في الفقاعة.

سفر الأشعة الضوئية في دليل القتال

على الرغم من أن أشعة الضوء تنتقل في خطوط مستقيمة من مصدر الضوء، إلا أنه من الممكن أيضًا جعلها تتبع مسارًا منحنيًا. وهم الآن يصنعون أنحف الألياف الزجاجية التي تمر من خلالها أشعة الضوء مسافات طويلةمع المنعطفات المختلفة.

يمكن عمل أبسط دليل ضوئي بكل بساطة. سيكون هذا تيارًا من الماء. ينعكس الضوء الذي يسافر على طول دليل الضوء هذا، ويواجه منعطفًا السطح الداخليطائرة، لا يمكن أن تندلع وتذهب أبعد داخل الطائرة حتى نهايتها. ينثر الماء جزئيا جزءا صغيرا من الضوء، وبالتالي في الظلام، سنظل نرى تيارا خفيفا ضعيفا. إذا تم تبييض الماء قليلاً بالطلاء، فسوف يتوهج التيار بقوة أكبر.
خذ كرة تنس الطاولة واصنع فيها ثلاثة ثقوب: للصنبور، لأنبوب مطاطي قصير، ومقابل هذا الثقب، ثقب ثالث لمصباح يدوي. أدخل المصباح الكهربائي داخل الكرة بحيث تكون القاعدة متجهة للخارج ثم قم بتوصيل سلكين بها، ثم يتم توصيلهما بالبطارية من المصباح اليدوي. ثبت الكرة في الصنبور باستخدام شريط عازل. قم بتغطية جميع المفاصل بالبلاستيك. ثم لف الكرة بالمادة المظلمة.

افتح الصنبور، ولكن ليس كثيرًا. يجب أن ينحني تيار الماء المتدفق من الأنبوب ويسقط بالقرب من الصنبور. اطفئ الضوء. قم بتوصيل الأسلاك بالبطارية. سوف تمر أشعة الضوء المنبعثة من المصباح الكهربائي عبر الماء إلى الحفرة التي يتدفق منها الماء. سوف يتدفق الضوء على طول الدفق. لن ترى سوى توهجه الخافت. يتبع التيار الرئيسي للضوء التيار ولا يهرب منه حتى عندما ينحني.

تجربة مع ملعقة

خذ ملعقة لامعة. إذا كانت مصقولة جيدًا، فإنها تبدو وكأنها مرآة قليلاً، مما يعكس شيئًا ما. قم بتدخينها على لهب الشمعة، واجعلها أكثر سوادًا. الآن لم تعد الملعقة تعكس أي شيء. يمتص السخام جميع الأشعة.

حسنًا، الآن ضع الملعقة المدخنة في كوب من الماء. انظر: لقد تألق مثل الفضة! أين ذهب السخام؟ هل غسلت نفسك أم ماذا؟ أخرجت الملعقة - فهي لا تزال سوداء ...

النقطة هنا هي أن جزيئات السخام لا تبلل بالماء بشكل جيد. لذلك، يتشكل نوع من الغشاء، مثل "قشرة الماء"، حول الملعقة السخامية. كما لو فقاعة صابون، ممتدة فوق الملعقة مثل القفاز! لكن فقاعة الصابون تشرق، فهي تعكس الضوء. تعكس هذه الفقاعة المحيطة بالملعقة أيضًا.
يمكنك على سبيل المثال تدخين بيضة فوق شمعة وغمرها في الماء. وسوف يلمع هناك مثل الفضة.

كلما كان اللون أكثر سوادًا كلما كان أخف وزنًا!

انكسار الضوء

أنت تعلم أن شعاع الضوء مستقيم. فقط تذكر أن الشعاع يخترق صدعًا في المصراع أو الستارة. شعاع ذهبي مليء بجزيئات الغبار الدوامة!

لكن... الفيزيائيون معتادون على اختبار كل شيء تجريبيًا. إن تجربة المصاريع واضحة جدًا بالطبع. ماذا يمكنك أن تقول عن تجربة الدايم في الكوب؟ لا أعرف هذه التجربة؟ الآن سوف نفعل ذلك معك. ضع الدايم في كوب فارغ واجلس حتى لا يكون مرئيًا بعد الآن. كان من الممكن أن تصل الأشعة المنبعثة من القطعة ذات العشرة كوبيك مباشرة إلى العين، لكن حافة الكأس سدت طريقها. ولكن الآن سأرتب الأمر بحيث ترى العملة ذات العشرة كوبيك مرة أخرى.

لذا أسكب الماء في الكوب... بحذر، شيئًا فشيئًا، حتى لا تتحرك قطعة العشرة كوبيك... المزيد، المزيد...

انظر، ها هي قطعة بعشرة كوبيك!
وبدا كما لو أنه قد طفت. أو بالأحرى، يقع في قاع الكأس. لكن القاع بدا وكأنه يرتفع، والكأس "ضحل". لم تصل إليك الأشعة المباشرة من عملة العشرة كوبيك. الآن وصلت الأشعة. لكن كيف يدورون حول حافة الكأس؟ هل حقا ينحني أم ينكسر؟

يمكنك وضع ملعقة صغيرة بشكل غير مباشر في نفس الكوب أو الزجاج. أنظر، إنه مكسور! النهاية مغمورة في الماء انكسرت إلى الأعلى! نخرج الملعقة - فهي كاملة ومستقيمة. لذا فإن الأشعة تنكسر حقًا!

المصادر: F. Rabiza "تجارب بدون أدوات"، "Hello Physics" L. Galperstein

تم وضع القوانين البصرية الأساسية منذ زمن طويل. بالفعل في الفترات الأولى للبحث البصري، تم اكتشاف أربعة قوانين أساسية تتعلق بالظواهر البصرية تجريبيا:

1. قانون الانتشار المستقيم للضوء.
2. قانون استقلال الحزم الضوئية.
3. قانون انعكاس الضوء من سطح المرآة.
4. قانون انكسار الضوء عند الحدود بين مادتين شفافتين.

قانون الانعكاس مذكور في كتابات إقليدس.

ويرتبط اكتشاف قانون الانعكاس باستخدام الأسطح المعدنية المصقولة (المرايا) التي كانت معروفة في العصور القديمة.

صياغة قانون انعكاس الضوء

يقع شعاع الضوء الساقط والشعاع المنكسر والعمودي على الواجهة بين وسطين شفافين في نفس المستوى (الشكل 1). في هذه الحالة تكون زاوية السقوط () وزاوية الانعكاس () متساويتين:

ظاهرة الانعكاس الكلي للضوء

في حالة إذا موجة خفيفةينتشر من مادة ذات معامل انكسار أعلى إلى وسط ذو معامل انكسار أقل، فإن زاوية الانكسار () ستكون أكبر من زاوية السقوط.

وكلما زادت زاوية السقوط، زادت زاوية الانكسار أيضًا. ويحدث هذا حتى عند زاوية معينة من الورود، والتي تسمى الزاوية الحدية ()، تصبح زاوية الانكسار تساوي 900. إذا كانت زاوية السقوط أكبر من الزاوية الحدية ()، فإن كل الضوء الساقط ينعكس عنها الواجهة، لا تحدث ظاهرة الانكسار. وتسمى هذه الظاهرة الانعكاس الكلي. يتم تحديد زاوية السقوط التي يحدث عندها الانعكاس الكلي بالشرط:

أين هي الزاوية الحدية الانعكاس الكلي, — المؤشر النسبيانكسار المادة التي ينتشر فيها الضوء المنكسر، بالنسبة إلى الوسط الذي تنتشر فيه موجة الضوء الساقطة:

أين - المؤشر المطلقمعامل الانكسار للوسط الثاني، هو معامل الانكسار المطلق للمادة الأولى؛ — سرعة طور انتشار الضوء في الوسط الأول؛ - السرعة الطورية لانتشار الضوء في المادة الثانية.

حدود تطبيق قانون الانعكاس

إذا كانت الواجهة بين المواد ليست مسطحة، فيمكن تقسيمها إلى مناطق صغيرة، والتي يمكن اعتبارها مسطحة بشكل فردي. ومن ثم يمكن البحث عن مسار الأشعة وفقا لقوانين الانكسار والانعكاس. ومع ذلك، يجب ألا يتجاوز انحناء السطح حدًا معينًا، وبعد ذلك يحدث الحيود.

تؤدي الأسطح الخشنة إلى انعكاس متناثر (منتشر) للضوء. يصبح سطح المرآة بالكامل غير مرئي. فقط الأشعة المنعكسة منه مرئية.

أمثلة على حل المشكلات

مثال 1

يمارس	تشكل مرآتان مسطحتان زاوية ثنائية السطوح (الشكل 2). ينتشر الشعاع الساقط في مستوى متعامد مع الحافة زاوية زوجية. وينعكس من المرآة الأولى ثم المرآة الثانية. ما هي الزاوية () التي ينحرف بها الشعاع نتيجة انعكاسين؟
حل	خذ بعين الاعتبار المثلث ABD. نحن نرى ذلك: ومن النظر إلى المثلث ABC يتبين أن: من الصيغ التي تم الحصول عليها (1.1) و (1.2) لدينا:
إجابة

مثال 2

يمارس	ما هي زاوية السقوط التي يصنع عندها الشعاع المنعكس زاوية مقدارها 900 بالنسبة إلى الشعاع المنكسر؟ قرائن الانكسار المطلقة للمواد متساوية: و.
حل	دعونا نجعل الرسم.

دعونا نقدم عدة تعريفات. زاوية سقوط الحزمة هي الزاوية بين الحزمة الساقطة والعمودي على السطح العاكس عند نقطة انحناء الحزمة (الزاوية أ). زاوية انعكاس الحزمة هي الزاوية بين الحزمة المنعكسة والعمودي على السطح العاكس عند نقطة انحناء الحزمة (الزاوية ب).

عندما ينعكس الضوء، يتحقق دائمًا نمطان: الأول. الشعاع الساقط والشعاع المنعكس والعمودي على السطح العاكس عند نقطة انحناء الحزمة يقع دائمًا في نفس المستوى. ثانية. زاوية السقوط تساوي زاوية الانعكاس. يعبر هذان البيانان عن جوهر قانون انعكاس الضوء.

في الشكل الأيسر، لا يقع الشعاعان والعمودي على المرآة في نفس المستوى. في الصورة اليمنى زاوية الانعكاس لا تساوي زاوية السقوط. ولذلك، لا يمكن الحصول على مثل هذا الانعكاس للأشعة تجريبيا.

قانون الانعكاس صالح لكل من حالة الانعكاس المرآوي والمنتشر للضوء. دعونا نلقي نظرة مرة أخرى على الرسومات الموجودة في الصفحة السابقة. وعلى الرغم من العشوائية الظاهرة في انعكاس الأشعة في الرسم الأيمن إلا أنها كلها تقع بحيث تكون زوايا الانعكاس متساوية مع زوايا السقوط. ألقِ نظرة، لقد "قطعنا" السطح الخشن للرسم الأيمن إلى عناصر منفصلة ورسمنا خطوطًا متعامدة عند نقاط انقطاع الأشعة.

تقع الأشعة المنعكسة والساقطة في مستوى يحتوي على عمود على السطح العاكس عند نقطة السقوط، وزاوية الورود تساوي زاوية الانعكاس.

تخيل أنك وجهت شعاعًا رفيعًا من الضوء على سطح عاكس، مثل سطح عاكس مؤشر الليزرعلى مرآة أو سطح معدني مصقول. سوف ينعكس الشعاع من هذا السطح وينتشر أكثر في اتجاه معين. الزاوية المحصورة بين العمودي على السطح ( طبيعي) ويسمى الشعاع الأصلي زاوية السقوط، والزاوية المحصورة بين الشعاع العمودي والشعاع المنعكس هي زاوية الانعكاس.ينص قانون الانعكاس على أن زاوية السقوط تساوي زاوية الانعكاس. وهذا يتوافق تمامًا مع ما يخبرنا به حدسنا. الشعاع الذي يسقط بشكل موازٍ للسطح تقريبًا سوف يلمسه بخفة وينعكس تحته زاوية منفرجة، سيواصل طريقه على طول مسار منخفض يقع بالقرب من السطح. ومن ناحية أخرى، فإن الشعاع الذي يسقط عموديًا تقريبًا سوف ينعكس إلى الأسفل زاوية حادةوسيكون اتجاه الشعاع المنعكس قريبًا من اتجاه الشعاع الساقط، وفقًا لما يقتضيه القانون.

تم الحصول على قانون الانعكاس، مثل أي قانون طبيعي، على أساس الملاحظات والتجارب. ويمكن أيضًا استخلاصه نظريًا - رسميًا، فهو نتيجة لمبدأ فيرما (لكن هذا لا ينفي أهمية مبرره التجريبي).

النقطة الأساسية في هذا القانون هي أن الزوايا تقاس من العمودي على السطح عند نقطة التأثيرالحزم. بالنسبة لسطح مستو، على سبيل المثال، مرآة مسطحة، هذا ليس مهما للغاية، لأن العمودي عليه موجه بالتساوي في جميع النقاط. يمكن النظر إلى الإشارة الضوئية المركزة المتوازية، مثل مصباح السيارة الأمامي أو المصباح الكشاف، على أنها شعاع كثيف من أشعة الضوء المتوازية. إذا انعكس هذا الشعاع من سطح مستو، فإن جميع الأشعة المنعكسة في الشعاع سوف تنعكس بنفس الزاوية وتبقى متوازية. هذا هو السبب في أن المرآة المستقيمة لا تشوه صورتك البصرية.

ومع ذلك، هناك أيضًا مرايا مشوهة. تعمل التكوينات الهندسية المختلفة لأسطح المرآة على تغيير الصورة المنعكسة بطرق مختلفة وتتيح لك تحقيق تأثيرات مفيدة متنوعة. تسمح المرآة المقعرة الرئيسية للتلسكوب العاكس بتركيز الضوء من الأجسام البعيدة في العدسة. الأجسام الفضائية. تتيح لك مرآة الرؤية الخلفية المنحنية للسيارة توسيع زاوية الرؤية. وتتيح لك المرايا الملتوية الموجودة في غرفة المرح الاستمتاع كثيرًا بالنظر إلى انعكاساتك المشوهة بشكل غريب.

ليس الضوء فقط يخضع لقانون الانعكاس. أي موجات كهرومغناطيسية- راديو وميكروويف، الأشعة السينيةوما إلى ذلك - تتصرف بنفس الطريقة تمامًا. وهذا هو السبب، على سبيل المثال، في أن هوائيات الاستقبال الضخمة للتلسكوبات الراديوية وأطباق القنوات الفضائية لها شكل مرآة مقعرة - فهي تستخدم نفس مبدأ تركيز الأشعة المتوازية الواردة إلى نقطة ما.