انحراف الضوء في المنشور الثلاثي
- يحدث انحراف الضوء في المنشور الثلاثي عندما يمر الضوء عبر المنشور، حيث يسقط الضوء من جانب المنشور ويخرج من الجانب الآخر، مما يؤدي إلى تغير اتجاهه.
- يميل مسار الضوء الساقط على أحد وجوه المنشور عند الزاوية I1 في وجود الهواء.
- ينكسر الضوء داخل المنشور بزاوية انكسار r1، ثم يسقط مجددًا، مما يدفعه للخروج والدخول إلى الوسط الأول (الهواء)، أي باتجاه الأسفل (قاعدة المنشور).
- بذلك، ينحرف الضوء عن مساره الأصلي بزاوية معينة تُعرف بزاوية الانحراف α.
- هذا يعني أن زاوية الانحراف (α) هي الزاوية بين امتداد الضوء الساقط على المنشور وامتداد الضوء الخارج منه.
- تتغير زاوية الانحراف α بتغير زاوية السقوط، وعندما نرسم العلاقة بين زاوية الانحراف α وزاوية السقوط I1، يتضح لنا أنه مع زيادة زاوية السقوط تقل زاوية الانحراف حتى تصل إلى أدنى زاوية للسقوط، تليها زيادة تدريجية.
- هذا يشير إلى وجود زاوية معينة تُعتبر فيها زاوية الانحراف هي الأدنى، وتعرف بالنهاية الصغرى للانحراف Jmin.
- كما يجب أن يكون مسار شعاع الضوء متساويًا في نصفي المنشور.
لتفاصيل أكثر، يمكنك الإطلاع على:
زاوية النهاية الصغرى للانحراف
- تعتمد زاوية النهاية الصغرى للانحراف على معامل انكسار المادة المصنوع منها المنشور وزاوية رأسه. في حالة المنشور الرفيع، إذا كان مشيدًا بزاوية رأس صغيرة ولكن لا تتجاوز بضع درجات.
- عند وضع المنشور أمام مصدر الضوء ليُسقط الضوء عليه عموديًا تقريبًا، ستكون زاوية السقوط صغيرة، مما يؤدي إلى أن زاوية الخروج وزاوية الانحراف ستكون أيضًا صغيرة.
- تكون هذه الزوايا صغيرة، مما يتسبب في وضع المنشور دائمًا عند النهاية الصغرى للانحراف.
- في هذه الحالة، توفر المعادلة التي تجمع بين النهاية الصغرى للانحراف ومعامل الانكسار n وزاوية رأس المنشور A.
انحراف مسار الشعاع الضوئي
ينكسر الشعاع الضوئي عند مروره عبر المنشور مرتين نتيجة تفاعله مع كلا الوجهين المقابلين، وبالتالي ينحرف الشعاع عن مساره الأساسي بزاوية تُعرف بزاوية الانحراف α.
1_ زاوية رأس المنشور A
تعتبر الزاوية التي تحدد المسافة بين وجه السقوط ووجه الخروج، وهذا يكون مقابل قاعدة المنشور.
استخدام المنشور الثلاثي
- يُستخدم في آلات التصوير وأيضًا في العديد من الأدوات البصرية مثل البيرسكوب، وهو منظار يُستخدم في الغواصات.
- يُستخدم لإنارة الأماكن الضيقة وكذلك في المناظير العسكرية لتوفير أكبر مدى للرؤية.
انحراف الضوء الأبيض
يعني مصطلح الضوء الأبيض (White Light) إلى الضوء الذي يجمع جميع الألوان المكونة للطيف المرئي، ومنها:
- الأحمر.
- البرتقالي.
- الأصفر.
- الأخضر.
- الأزرق.
- النيلي.
- البنفسجي.
يُطلق على الضوء الأبيض غالبًا اسم الضوء المرئي، لأنه يمكّن البشر من رؤية الأشياء من حولهم عن طريق مصادره مثل الشمس والنجوم وأنواع معينة من المصابيح.
تحليل الضوء الأبيض
يسافر الضوء عبر أطوال موجية وترددات متنوعة، ولكل طول موجي سرعة معينة، على سبيل المثال:
- عند انتقال الضوء من وسط إلى آخر، تختلف سرعته؛ فسرعة الضوء في الفراغ تختلف عن سرعته في الهواء، كما تختلف عن سرعته في الماء أو الزجاج.
- عند انتشار الضوء في وسائط مختلفة، تنكسر أطوال موجية مختلفة بزاويا متفاوتة. كلما زاد تردد الموجة، تتقلص زاوية الانكسار، والعكس صحيح.
- يعتمد الانكسار على التردد والطول الموجي للموجة وكذلك نوع المادة التي تُشكّل الوسط، مما يؤدي إلى انكسار الألوان بطول موجي مختلف.
- وهذا يجعل الألوان في الطيف مُرتبة وفقًا للطول الموجي، حيث يُعتبر الأحمر الأطول، يليه البرتقالي، الأصفر، الأخضر، الأزرق، النيلي والبنفسجي.
- يمكن رؤية هذه الألوان عن طريق انكسار الضوء أثناء مروره عبر منشور زجاجي.
اقرأ المزيد هنا حول:
تردد الضوء
- بعد اكتشاف العالم “ماكسويل” لمبدأ الموجات الكهرومغناطيسية، أصبح بالإمكان شرح جميع ظواهر الضوء بما في ذلك تردد الضوء وطوله الموجي.
- يعرف الطول الموجي بأنه المسافة بين نقطتين متقابلتين في الموجات المتكررة؛ حيث تستطيع العين البشرية رؤية الطول الموجي الذي يتراوح بين 400 إلى 700 نانومتر.
- تتواجد لموجات الضوء ترددات عديدة، حيث إن طاقة الموجة ترتبط بالتردد بشكل طردي. كلما زاد تردد الضوء، زادت الطاقة، والعكس صحيح.
- التردد يُعبر عن عدد الموجات التي تمر عبر نقطة معينة في الفراغ خلال زمن محدد، وغالبًا ما يتم قياسه بالهرتز.
- تردد الضوء المرئي يسمى اللون، ويقع في مدى الضوء الأحمر بتردد 430 تيراهيرتز إلى البنفسجي بتردد 750 تيراهيرتز.
- توجد أنواع أخرى من الموجات التي لا يمكن رؤيتها، مثل: موجات الراديو وأشعة جاما.
- يتشكل قوس قزح يومًا عاصفًا عندما يخترق ضوء الشمس غيوم المطر، وهو مثال على تفكك الضوء الأبيض إلى الألوان التي يتكون منها.
- يحدث هذا عند انكسار ضوء أشعة الشمس في حبات المطر، مشابهًا لعملية انكسار الضوء في المنشور.
طبيعة وخواص الضوء
عند اعتبار الضوء كأنه شعاع، يمكن تفسير جميع الظواهر المعروفة المتعلقة بالضوء، والتي تشمل:
- الانعكاس.
- التشتت.
- الانكسار.
1-الانعكاس
في الانعكاس، تسقط أشعة الضوء على سطح أملس وتنعكس عن ذلك السطح.
تُساوي زاوية الانعكاس زاوية السقوط؛ على سبيل المثال: عند سقوط الضوء على مرآة.
بينما عندما يكون السطح خشنًا، لن تتساوى زاوية الانعكاس وزاوية السقوط تمامًا.
2-التشتت
- تشير خاصية التشتت إلى الأشعة الضوئية المتفرقة عند سقوطها على سطح خشن، مما يؤدي إلى انعكاس الضوء في جميع الاتجاهات.
- تُعتبر هذه الظاهرة مهمة؛ حيث تسمح للناس بقراءة النصوص حتى لو تغيرت زاوية الرؤية للعين.
- على سبيل المثال: يمكن للشخص قراءة جملة من ورقة بغض النظر عن زاوية الرؤية.
3-الانكسار
- تحدث ظاهرة انكسار الضوء عند مرور الأشعة خلال وسطين شفافين مختلفين، مثل الهواء والماء.
- عندما يحدث ذلك، سيؤدي إلى اختلاف في سرعة الضوء.
- نتيجة لذلك، سينحني شعاع الضوء الساقط أما قريبًا أو بعيدًا عن الخط العمودي على السطح.
- مقدار زاوية الانكسار يعتمد على نوع المادة التي يتكون منها الوسط.
- كمثال على ذلك: زجاج الألماس الذي يمتلك شدة قصوى.
- وذلك يرجع إلى بطء سرعة الضوء الساقط عليه، مما يؤدي إلى انكسار الأشعة بشكل كبير عند المرور من خلاله.
انحراف الموجات الكهرومغناطيسية
- تعتبر موجات الضوء الأبيض جزءًا أساسيًا من الطيف الكهرومغناطيسي.
- هذا الطيف مكون من أنواع موجات أخرى مثل أشعة جاما، الأشعة السينية، الأشعة فوق البنفسجية، الأشعة تحت الحمراء، وأمواج الراديو، وأمواج الميكروويف.
- ومن بين جميع هذه الموجات، يُعتبر الضوء الأبيض هو الذي يُمكن الإنسان من رؤيته بدون الحاجة إلى وسائل تقنية إضافية.
