تعريف انكسار الضوء

الانكسار (بالإنجليزية: Refraction) هو انحناء الموجة عندما انتقالها من وسط إلى آخر، يحدث هذا الانحناء بسبب تغير الكثافة بين الوسطين، وبكلمات الأخرى، الانكسار هو التغيير في اتجاه الموجة التي تمر من وسط إلى آخر، ويعد انكسار الضوء من أكثر ظواهر الانكسار شيوعًا.[١]


يخضع شعاع الضوء للانكسار على السطح عندما ينتقل بزاوية إلى وسط له معامل انكسار (بالإنجليزية: Refraction Index) مختلف عن معامل انكسار الوسط الأول، وينتج عن هذه العملية تغيير في سرعة الضوء وتغيير في اتجاهه أيضًا، مثلًا، عند انتقال الضوء من الهواء إلى الماء، تتناقص سرعته ويتغير اتجاهه، إذ عند انتقال شعاع الضوء من مادة أقل كثافة إلى مادة أكثر كثافة، ينحرف الضوء المنكسر باتجاه الخط الوهمي العمودي على السطح، أما إذا سقطت موجة الضوء على السطح في اتجاه عمودي أو بزاوية قائمة عليه، فلا نقول إن هذه حالة لانكسار الضوء، على الرغم من تغير سرعته، إلّا أن اتجاهه لم يتغير.[٢][٣]


قانون انكسار الضوء

يتمثل قانون انكسار الضوء بمعادلة سنيل (Snell) نسبة إلى العالم سنيل الذي اكتشفها، حيث يربط القانون معامل الانكسار للوسطين الذي انتقل بينهما الضوء، وزاوية السقوط وزاوية الانكسار، ويمكن التعبير عنه بالصيغة الآتية:[٣]


(n1 sin (θ1) =n2 sin (θ2


حيث إنَّ:

n1: معامل الانكسار للوسط الأول. 

n2: معامل الانكسار للوسط الثاني.

θ1: زاوية السقوط الواقعة بين الشعاع الساقط والخط العمودي الوهمي على السطح.

θ2: زاوية الانكسار الواقعة بين الشعاع المٌنكسر في الوسط الثاني والخط العمودي الوهمي على السطح.



السؤال:

أوجد معامل الانكسار للوسط الثاني، بافتراض أن الوسط الأول هو الهواء، وأن زاوية السقوط هي 30 درجة وزاوية الانكسار 22 درجة.[٣]

الحل:

يُؤخذ مؤشر الانكسار للهواء ليكون 1 في معظم الحالات، أي أن n1 = 1، ومن المعلومات المعطاة، θ1 = 30، وθ2 = 22، يمكننا إيجاد المجهول الوحيد في قانون سنيل وهو n2؛ معامل إنكسار الوسط الثاني.


أولًا: نعيد ترتيب قانون سنيل، لإيجاد معامل الانكسار للوسط الثاني، كالآتي:

n2 = n1 * (sinθ1 / sinθ2)


ثانيًا: تعويض المعطيات في القانون، كالآتي:

n2 = 1 * (sin(30) / sin(22))

n2 = 1.3.




يعطي n2 معامل انكسار الماء، وقيمته 1.33، وهي قيمة ثابتة لانكسار الضوء في الماء من أي وسط آخر، على سبيل المثال، يكون معامل انكسار الماء عند سقوط شعاع الضوء وانكساره من الماء إلى الزجاج 1.33، وهذا يدل على أن معامل الانكسار مرتبط بسرعة الضوء في الوسط، ويتم التعبير عن ذلك بالمعادلة الآتية:[٣]

n = c / v


حيث إن:

v: سرعة الضوء في المادة.

c: سرعة الضوء في الفراغ.

n: معامل انكسار المادة.


فإذا رُصدت سرعة الضوء في الماء بـ 225,563,909.77 متر في الثانية (وهي سرعة ثابتة للضوء في الماء)، وسرعة الضوء في الفراغ تساوي 300,000,000 وهي قيمة ثابتة، يكون معامل انكسار الماء بحسب القانون السابق:

n = 300,000,000 / 225,563,909.77

n = 1.33


تطبيقات انكسار الضوء

للانكسار العديد من التطبيقات في مجال البصريات والتكنولوجيا، فيما يلي ذكر لعدد بسيط من التطبيقات البارزة له:[٢]

  • العدسات، حيث تستخدم عدسة الانكسار لتكوين صورة لجسم ما، مثل عدسات التكبير.
  • النظارات، حيث يقوم مبدأ عمل النظارات التي يرتديها الأشخاص الذين يعانون مشاكل في الرؤية على مبدأ الانكسار.
  • عدسات أبواب المنزل والكاميرات وأجهزة عرض الأفلام والتلسكوبات، حيث تعتمد جميعها على مبدأ الانكسار.


المراجع

  1. ↑ "Reflection and refraction", britannica, Retrieved 4/8/2022. Edited.
  2. ^ أ ب "Refraction of Light", byjus, Retrieved 4/8/2022. Edited.
  3. ^ أ ب ت ث "The Law of Refraction", phys.libretexts, 20/2/2022, Retrieved 4/8/2022. Edited.