انكسار الضوء Refraction of Light

 

 

📄 اطبع pdf
00971504825082

<<<انكسار الضوء >>>

انكسار الضوء وقانون سنيل

معامل الانكسار ：
زاوية السقوط ：

30

°　

انكسار الضوء : هو انحراف الشعاع الضوئي عن مساره المستقيم عندما ينتقل بين وسطين شفافين مختلفين
وسبب ذلك اختلاف سرعة الضوء عندما ينتقل من وسط شفاف إلى وسط شفاف آخر مختلف

معامل انكسار الضوء

معامل الانكسار (n) هو مقياس لقدرة المادة على تغيير سرعة الضوء عند مروره خلالها، ويُعرف بأنه النسبة بين سرعة الضوء في الفراغ (c) وسرعته في الوسط المادي (v).

$n=\frac{c}{v}$

تفسير العلاقة:

• كلما زاد معامل الانكسار، قلّت سرعة الضوء في الوسط
• قيمة معامل الانكسار دائماً أكبر من أو تساوي 1

أمثلة قيم معامل الانكسار:

• الهواء: 1.0003
• الماء: 1.33
• الزجاج: 1.5 - 1.9
• الماس: 2.42
قانونا الانكسار :
قانون الانكسار الأول : الشعاع الساقط ، والشعاع المنكسر، والعمود المقام على السطح الفاصل بين الوسطين من نقطة السقوط، تقع جميعها في مستوى واحد
قانون الانكسار الثاني : نسبة جيب زاوية السقوط إلى جيب زاوية الانكسار بين وسطين شفافين مختلفين، تساوي مقدارا ثابتا

⚡ القانون الرياضي:

$$n_1\cdot sin(\theta_1)=n_2\cdot sin(\theta_2)$$

📚 شرح المعادلة:

حيث أن:
- n₁: معامل الانكسار للوسط الأول
- n₂: معامل الانكسار للوسط الثاني
- θ₁: زاوية السقوط (بالنسبة للعمودي)
- θ₂: زاوية الانكسار

💡 تطبيقات عملية:

• تصميم العدسات البصرية (النظارات، الكاميرات)
• أنظمة الألياف الضوئية في الاتصالات
• المنشورات الضوئية في تحليل الطيف
• ظاهرة السراب في الصحراء
• تصحيح الرؤية في جراحات الليزك

🔍 مثال حسابي:

عندما ينتقل الضوء من الهواء (n=1) إلى الماء (n=1.33) بزاوية سقوط 30°:
$$sin(θ₂) = \frac{(1 × sin(30°))} {1.33} ≈ 0.3759$$ θ₂ ≈ 22°

المحاكاة التفاعلية

معامل انكسار الوسط الأول (n₁):

معامل انكسار الوسط الثاني (n₂):

زاوية السقوط (θ₁ بالدرجات):

النتائج:

🌍 تأثيرات في الطبيعة:

- انكسار ضوء الشمس في الغلاف الجوي يسبب شروق الشمس الوهمي قبل دقائق من الشروق الحقيقي
- تكون قوس قزح نتيجة انكسار الضوء في قطرات الماء

ظاهرة انكسار الضوء

القاعدة الأساسية:

عند انتقال الضوء بين وسطين مختلفين:

• إذا كان الوسط الثاني أكثف (n₂ > n₁): ينكسر الضوء مقتربًا من العمود العمودي
• إذا كان الوسط الثاني أقل كثافة ( n₁> n₂ ): ينكسر الضوء مبتعدًا عن العمود العمودي

الوسط الأول	الوسط الثاني	معامل الانكسار (n)	اتجاه الانكسار	الشرح
هواء (n=1)	ماء (n=1.33)	n₂ > n₁	مقترب من العمود	ينتقل إلى وسط أكثر كثافة، تقل السرعة، تقل الزاوية
ماء (n=1.33)	هواء (n=1)	n₁> n₂	مبتعد عن العمود	ينتقل إلى وسط أقل كثافة، تزيد السرعة، تزيد الزاوية
زجاج (n=1.5)	ماس (n=2.42)	n₂ > n₁	مقترب من العمود	انتقال إلى وسط أعلى كثافة، انحناء نحو العمود
ألماس (n=2.42)	زجاج (n=1.5)	n₁> n₂	مبتعد عن العمود	انتقال إلى وسط أقل كثافة، انحناء بعيدًا عن العمود

سقوط الضوء من وسط ذو سرعة أكبر إلى وسط ذو سرعة أقل


غير زاوية السقوط من المؤشر ولاحظ النتائج سقوط الضوء من وسط ذو سرعة أقل إلى وسط ذو سرعة أكبر


غير زاوية السقوط من المؤشر ولاحظ النتائج

توضيحات مهمة:

• العمود العمودي: خط وهمي عمودي على السطح الفاصل بين الوسطين

ملاحظات:

• كلما زاد الفرق في معامل الانكسار، زادت زاوية الانكسار

• اتجاه الانكسار يعتمد على السرعة النسبية: نحو العمود عند تباطؤ الموجة، وعكسه عند تسارعها







الزاوية الحرجة والانعكاس الكلي - محاكاة تفاعلية

المفاهيم الأساسية

الزاوية الحرجة (Critical Angle)

الزاوية الحرجة هي أصغر زاوية سقوط في الوسط الأكثر كثافة ضوئية (معامل انكسار أعلى) تنتج عنها زاوية انكسار تساوي 90 درجة في الوسط الأقل كثافة. رياضياً: $$θ_c = sin⁻¹(\frac {n₂}{n₁})$$ حيث n₁ > n₂

الانعكاس الكلي الداخلي (Total Internal Reflection)

ظاهرة تحدث عندما:

1. ينتقل الضوء من وسط أكثر كثافة إلى وسط أقل كثافة
2. زاوية السقوط أكبر من الزاوية الحرجة
في هذه الحالة ينعكس الضوء بالكامل ولا يحدث انكسار.

قانون سنيل (Snell's Law)

$$n₁ sinθ₁ = n₂ sinθ₂$$
حيث:

• n₁، n₂: معاملات الانكسار
• θ₁: زاوية السقوط
• θ₂: زاوية الانكسار

التطبيقات العملية

1. الألياف البصرية

تستخدم ظاهرة الانعكاس الكلي في نقل البيانات عبر الألياف الزجاجية بنسبة فقدان طاقة ضئيلة

2. المناظير الطبية

تستعمل في التنظير الداخلي لفحص الأعضاء الداخلية بدون جراحة

3. العواكس الضوئية

تستخدم في إشارات المرور والدراجات لعكس الضوء بفعالية

4. تقنيات التصوير

تطبيقات في المجاهر الضوئية المتقدمة والتصوير الطبي

حساب الزاوية الحرجة

معامل انكسار الوسط الأول (n₁): معامل انكسار الوسط الثاني (n₂):

محاكاة الانعكاس الكلي

زاوية السقوط (بالدرجات):

العدسات البصرية: دراسة شاملة

أولاً: المفاهيم الأساسية

1. العدسة المحدبة (Convex Lens)

تتميز العدسة المحدبة بأنها أسمك في الوسط منها عند الحواف، وتعمل على تجميع الأشعة الضوئية. الخصائص الرئيسية:

• البعد البؤري موجب (f > 0)
• تنتج صوراً حقيقية أو وهمية حسب موقع الجسم
• تستخدم في تصحيح طول النظر

2. العدسة المقعرة (Concave Lens)

تتميز بأنها أرق في الوسط منها عند الحواف، وتعمل على تفريق الأشعة الضوئية. الخصائص الرئيسية:

• البعد البؤري سالب (f < 0)
• تنتج صوراً وهمية دائماً
• تستخدم في تصحيح قصر النظر

ثانياً: قانون العدسات

ينص قانون العدسات على العلاقة التالية:

$$\frac {1}{f }=\frac {1}{X_I} +\frac {1}{X_O}$$

حيث:
$$f$$ البعد البؤري
$$X_i$$ بعد الصورة
$$X_o$$ بعد الجسم

ثالثاً: مقارنة بين العدسات

مقارنة بين العدسات المحدبة والمقعرة

العدسة المحدبة	العدسة المقعرة
التعريف عدسة سميكة في الوسط ورقيقة عند الحواف، تنكسر الأشعة عبرھا نحو المركز	التعريف: عدسة رقيقة في الوسط وسميكة عند الحواف، تبعثر الأشعة بعيداً عن المركز
نوع الصورة حقيقية أو وهمية	نوع الصورة وهمية دائماً
الاتجاه مقلوبة أو معتدلة	الاتجاه معتدلة دائماً
المعادلات الأساسية: $$\frac {1}{f} = (n-1)(\frac {1}{R₁} - \frac {1}{R₂})$$ $$\frac {1}{f }=\frac {1}{X_I} + \frac {1}{X_O}$$ التكبير $$m =\frac {X_I}{X_O}$$ البعد البؤري الموجب $$f$$ معامل الانكسار $$n$$	المعادلات الأساسية: $$\frac {1}{f} = (n-1)(\frac {1}{R₁} - \frac {1}{R₂})$$ $$\frac {1}{f }=\frac {1}{X_I} +\frac {1}{X_O}$$ التكبير $$m =\frac {X_I}{X_O}$$ البعد البؤري سالب $$f$$ معامل الانكسار $$n$$
التطبيقات العملية: الكاميرات والمناظير المجاهر والمكبرات نظارات مد البصر تلسكوبات الفلك	التطبيقات العملية: نظارات قصر النظر أجهزة الليزر (توسيع الحزمة) كشافات الإضاءة الجانبية ثقوب الباب (العين السحرية)

رابعاً: التطبيقات العملية

تطبيقات العدسات المحدبة:

• الكاميرات الفوتوغرافية
• المجاهر
• نظارات تصحيح طول النظر

تطبيقات العدسات المقعرة:

• نظارات تصحيح قصر النظر
• أنظمة الإنارة الأمامية للسيارات
• أنظمة التلسكوبات

محاكاة قانون العدسات

نوع العدسة: محدبة مقعرة

اختر المطلوب حسابه: البعد البؤري (f) بعد الجسم (u) بعد الصورة (v)

أدخل المعطيات:

أدخل المعطيات:

أدخل المعطيات:

الانحراف الكروي (Spherical Aberration)

ما هو الانحراف الكروي؟

ظاهرة بصرية تحدث في العدسات والمرايا الكروية عندما لا تتجمع الأشعة الضوئية المتوازية في نقطة بؤرية واحدة، مما يسبب تشويشًا في الصورة. هذا يحدث بسبب الشكل الكروي للعدسة أو المرآة الذي يجعل الأشعة القريبة من الحواف تنكسر أو تنعكس بشكل مختلف عن تلك القريبة من المركز.

توضيح مسارات الأشعة في الانحراف الكروي

الأسباب العلمية

• التناظر الكروي للعدسة/المرآة
• اختلاف زاوية سقوط الأشعة على الأسطح الكروية
• عدم توافق مسارات الأشعة الضوئية مع معادلة العدسة المثالية

الآثار المترتبة

• تشويش الصورة وعدم وضوحها

• فقدان الدقة في الأنظمة البصرية

• ظاهرة الهالة الضوئية (Light Halos)

طرق المعالجة

1. استخدام العدسات غير الكروية (Aspherical Lenses)
2. دمج عدة عدسات لتعويض الانحراف
3. استخدام المرايا المكافئة (Parabolic Mirrors) في التلسكوبات
4. التحكم في فتحة العدسة (Aperture)







العدسات والانحراف اللوني: المعادلات والتطبيقات

1. معادلة العدسة الرقيقة

$\frac{1}{f}=(n-1)(\frac{1}{R_1}-\frac{1}{R_2})$

المتغيرات:

1. f: البعد البؤري
2. n: معامل الانكسار
3. R₁, R₂: نصفا قطر التحدب

2. معادلة الانحراف اللوني

$n=A+\frac{B}{{\lambda }^2}$

المتغيرات:

1. n: معامل الانكسار
2. λ: الطول الموجي
3. A, B: ثوابت مادية

التطبيقات العملية:

أ) في التصوير الفوتوغرافي:

• تصميم عدسات كارهوماتية (Achromatic) لتقليل الانحراف
• دمج عدسات من مواد مختلفة (كروين/فلينت)

ب) في التلسكوبات:

• تحسين وضوح الصورة الفلكية
• تقليل هالات الألوان حول النجوم

هو نوع من تشوه الصورة نتيحة عدم قدرة ال عدسة على تركيز اللون في نفس نقطة التقاء. ويحدث نتيحة اختلاف معامل الانكسار العدسات، واختلاف موجات الضوء. حيث وجد أن قرينة (معامل) انكسار الأوساط الزجاجية بازدياد طول الموجة ، فقيمتها أكبر عند اللون الأزرق منها عند اللون الأحمر. .




المصدر
https:https://www.showmethephysics.com/home/notes/waves/waveLessons2.htm اكتب تعليقا واذا كان هناك خطأ اكتبه وحدد مكانه Write a comment, and if there is mistake, write and specify its location