على الصورة أيُظهر شعاعًا عاديًا يمر عبر واجهة زجاج شبكي الهواء ويخرج من لوحة زجاج شبكي دون أن يتعرض لأي انحراف أثناء مروره عبر الواجهتين بين زجاج شبكي والهواء.على الصورة بيُظهر شعاعًا من الضوء يدخل إلى لوحة نصف دائرية بشكل طبيعي دون انحراف، ولكنه يصنع زاوية y مع العمودي عند النقطة O داخل لوحة زجاج شبكي. عندما يغادر الشعاع وسطًا أكثر كثافة (زجاج شبكي)، تزداد سرعة انتشاره في وسط أقل كثافة (الهواء). ولذلك ينكسر مكوّنًا زاوية x بالنسبة إلى العمودي في الهواء، وهو أكبر من y.



بناءً على حقيقة أن n \u003d sin (الزاوية التي يصنعها الشعاع مع العمودي في الهواء) / sin (الزاوية التي يصنعها الشعاع مع العمودي في الوسط)، زجاج شبكي n n \u003d sin x / sin y. إذا تم إجراء عدة قياسات x وy، فيمكن حساب معامل الانكسار لزجاج شبكي عن طريق حساب متوسط ​​النتائج لكل زوج من القيم. يمكن زيادة الزاوية y عن طريق تحريك مصدر الضوء على طول قوس دائرة مركزها النقطة O.

والنتيجة هي زيادة الزاوية x حتى الوصول إلى الموضع الموضح في الشكل. الخامسأي حتى تصبح x تساوي 90 o. من الواضح أن الزاوية x لا يمكن أن تكون أكبر. تسمى الزاوية التي يصنعها الشعاع مع العمود المقام داخل زجاج شبكي الزاوية الحرجة أو الحدية مع(هذه هي زاوية السقوط على الحد من وسط أكثر كثافة إلى وسط أقل كثافة، عندما تكون زاوية الانكسار في وسط أقل كثافة 90 درجة).

عادة ما يتم ملاحظة شعاع منعكس ضعيف، بالإضافة إلى شعاع ساطع ينكسر على طول الحافة المستقيمة للوحة. وهذا نتيجة للتفكير الداخلي الجزئي. لاحظ أيضًا أنه عند استخدام الضوء الأبيض، فإن الضوء الذي يظهر على طول الحافة المستقيمة يتحلل إلى ألوان الطيف. إذا تقدم مصدر الضوء بشكل أكبر حول القوس، كما في الشكل ز، بحيث أصبح داخل زجاج شبكي أكبر من الزاوية الحرجة c ولا يحدث أي انكسار عند الواجهة بين الوسيطتين. بدلًا من ذلك، تواجه الحزمة انعكاسًا داخليًا كليًا بزاوية r بالنسبة إلى الوضع الطبيعي، حيث r = i.

يحدث انعكاس داخلي كامليجب قياس زاوية السقوط i داخل وسط أكثر كثافة (زجاج شبكي) ويجب أن تكون أكبر من الزاوية الحرجة c. لاحظ أن قانون الانعكاس صالح أيضًا لجميع زوايا السقوط الأكبر من الزاوية الحرجة.

الزاوية الحرجة للماستبلغ 24°38 فقط". وبالتالي، يعتمد "تألقها" على السهولة التي يحدث بها الانعكاس الداخلي الكلي المتعدد عندما يتم إضاءتها بالضوء، والذي يعتمد إلى حد كبير على القطع والتلميع الماهر لتعزيز هذا التأثير. وقد تقرر أن n = 1 /sin s، لذا فإن القياس الدقيق للزاوية الحرجة c سيحدد n.

الدراسة 1. تحديد n لزجاج شبكي من خلال إيجاد الزاوية الحرجة

ضع لوحة زجاجية نصف دائرية في وسط ورقة كبيرة من الورق الأبيض وتتبع حدودها بعناية. أوجد نقطة المنتصف O للحافة المستقيمة للوحة. باستخدام المنقلة، أنشئ NO عاديًا متعامدًا مع هذه الحافة المستقيمة عند النقطة O. أعد وضع اللوحة في محيطها الخارجي. حرك مصدر الضوء حول القوس إلى يسار NO، مع توجيه الشعاع الساقط إلى النقطة O. عندما يتبع الشعاع المنكسر الحافة المستقيمة، كما هو موضح في الشكل، حدد مسار الشعاع الساقط بثلاث نقاط P 1 و ص 2 و ص 3 .



قم بإزالة اللوحة مؤقتًا وقم بتوصيل هذه النقاط الثلاث بخط مستقيم، والذي يجب أن يمر عبر O. باستخدام منقلة، قم بقياس الزاوية الحرجة c بين الشعاع الساقط المرسوم والعادي. مرة أخرى، ضع اللوحة بعناية في مخططها الخارجي وكرر ما فعلته من قبل، ولكن هذه المرة حرك مصدر الضوء حول القوس إلى يمين NO، موجهًا الشعاع بشكل مستمر إلى النقطة O. سجل القيمتين المقاستين c في النتائج الجدول وتحديد القيمة المتوسطة للزاوية الحرجة ج. ثم حدد معامل الانكسار n n للزجاج شبكي باستخدام الصيغة n n = 1 /sin s.


يمكن أيضًا استخدام جهاز البحث 1 لتوضيح أنه بالنسبة للأشعة الضوئية التي تنتشر في وسط أكثر كثافة (زجاج شبكي) وتسقط على السطح البيني "زجاج شبكي - هواء" بزوايا أكبر من الزاوية الحرجة c، فإن زاوية السقوط i يساوي الزاويةتأملات ص.

الدراسة الثانية: التحقق من قانون انعكاس الضوء لزوايا السقوط الأكبر من الزاوية الحرجة

ضع لوحة زجاجية نصف دائرية على ورقة كبيرة من الورق الأبيض وتتبع حدودها بعناية. كما في الحالة الأولى، ابحث عن نقطة المنتصف O وابني NO العادي. بالنسبة لزجاج شبكي، الزاوية الحرجة c = 42°، وبالتالي فإن زوايا السقوط i > 42° أكبر من الزاوية الحرجة. باستخدام المنقلة، أنشئ أشعة بزوايا 45°، 50°، 60°، 70° و80° إلى NO العادي.

مرة أخرى، ضع لوحة زجاج شبكي بعناية في مخططها الخارجي وقم بتوجيه شعاع الضوء من مصدر الضوء على طول خط 45 درجة. سوف ينتقل الشعاع إلى النقطة O، وينعكس ويظهر من الجانب المقوس للوحة على الجانب الآخر من الوضع الطبيعي. حدد ثلاث نقاط P 1 و P 2 و P 3 على الشعاع المنعكس. قم بإزالة اللوحة مؤقتًا وقم بتوصيل النقاط الثلاث بخط مستقيم يجب أن يمر عبر النقطة O.



باستخدام المنقلة، قم بقياس زاوية الانعكاس r بين الشعاع المنعكس، وسجل النتائج في جدول. ضع اللوحة بعناية في مخططها الخارجي وكرر ذلك للزوايا 50 درجة، 60 درجة، 70 درجة و80 درجة إلى وضعها الطبيعي. اكتب قيمة r في المكان المناسب في جدول النتائج. ارسم زاوية الانعكاس r مقابل زاوية السقوط i. مخطط خط مستقيمالمرسومة على مدى زوايا الإصابة من 45 درجة إلى 80 درجة ستكون كافية لإظهار أن الزاوية i تساوي الزاوية r.

أولا، دعونا نتخيل قليلا. تخيل يومًا صيفيًا حارًا قبل الميلاد، حيث يصطاد رجل بدائي السمك بالرمح. لقد لاحظ موقعها وأهدافها وضرباتها لسبب ما ليس على الإطلاق في المكان الذي كانت فيه السمكة مرئية. مٌفتَقد؟ لا، الصياد لديه الفريسة في يديه! الشيء هو أن سلفنا فهم بشكل حدسي الموضوع الذي سندرسه الآن. في الحياة اليوميةنرى أن الملعقة المغموسة في كوب من الماء تبدو ملتوية عندما ننظر إليها جرة زجاجية- تظهر الكائنات مشوهة. كل هذه الأسئلة سننظر فيها في الدرس وموضوعه هو: "انكسار الضوء. قانون انكسار الضوء. انعكاس داخلي كامل.

تحدثنا في الدروس السابقة عن مصير الشعاع في حالتين: ماذا يحدث إذا انتشر شعاع الضوء في وسط متجانس وشفاف؟ الإجابة الصحيحة هي أنها ستنتشر في خط مستقيم. وماذا سيحدث عندما يسقط شعاع من الضوء على السطح البيني بين وسطين؟ تحدثنا في الدرس السابق عن الشعاع المنعكس، واليوم سنتناول ذلك الجزء من الشعاع الضوئي الذي يمتصه الوسط.

ما هو مصير الحزمة التي اخترقت من الوسط الشفاف الأول إلى الوسط الشفاف بصريا الثاني؟

أرز. 1. انكسار الضوء

إذا سقط شعاع على الواجهة بين وسطين شفافين، فإن جزءًا من الطاقة الضوئية يعود إلى الوسط الأول، مما يخلق شعاعًا منعكسًا، بينما يمر الجزء الآخر إلى الداخل إلى الوسط الثاني، وكقاعدة عامة، يغير اتجاهه.

يسمى التغير في اتجاه انتشار الضوء في حالة مروره عبر السطح البيني بين وسطين انكسار الضوء(رسم بياني 1).

أرز. 2. زوايا السقوط والانكسار والانعكاس

في الشكل 2 نرى شعاعًا واردًا، ويُشار إلى زاوية السقوط بالرمز α. الشعاع الذي سيحدد اتجاه شعاع الضوء المنكسر سيسمى الشعاع المنكسر. الزاوية بين العمودي على السطح البيني بين الوسائط، المستعادة من نقطة السقوط، والشعاع المنكسر تسمى زاوية الانكسار، في الشكل هذه هي الزاوية γ. ولإكمال الصورة، نعطي أيضًا صورة للشعاع المنعكس، وبالتالي زاوية الانعكاس β. ما هي العلاقة بين زاوية السقوط وزاوية الانكسار، هل من الممكن التنبؤ بمعرفة زاوية السقوط ومن أي وسط مرت الشعاع إليه، ما هي زاوية الانكسار؟ اتضح أنك تستطيع!

نحصل على قانون يصف كميا العلاقة بين زاوية السقوط وزاوية الانكسار. دعونا نستخدم مبدأ هيجنز، الذي ينظم انتشار الموجة في الوسط. يتكون القانون من جزأين.

الشعاع الساقط والشعاع المنكسر والعمودي المستعاد إلى نقطة السقوط يقعون في نفس المستوى.

إن نسبة جيب زاوية السقوط إلى جيب زاوية الانكسار هي قيمة ثابتة لوسيطين محددين وتساوي نسبة سرعات الضوء في هذه الوسائط.

ويسمى هذا القانون بقانون سنيل نسبة إلى العالم الهولندي الذي صاغه لأول مرة. سبب الانكسار هو اختلاف سرعة الضوء في الأوساط المختلفة. يمكنك التحقق من صحة قانون الانكسار عن طريق توجيه شعاع من الضوء بزوايا مختلفة بشكل تجريبي إلى السطح البيني بين وسطين وقياس زوايا السقوط والانكسار. إذا قمنا بتغيير هذه الزوايا، وقياس الجيب وإيجاد نسب جيب هذه الزوايا، فسنقتنع بأن قانون الانكسار صحيح بالفعل.

إن الدليل على قانون الانكسار باستخدام مبدأ هيجنز هو تأكيد آخر على الطبيعة الموجية للضوء.

يوضح معامل الانكسار النسبي n 21 عدد المرات التي تختلف فيها سرعة الضوء V 1 في الوسط الأول عن سرعة الضوء V 2 في الوسط الثاني.

ومعامل الانكسار النسبي دليل واضح على أن سبب تغير اتجاه الضوء عند انتقاله من وسط إلى آخر هو اختلاف سرعة الضوء في الوسطين. غالبًا ما يستخدم مصطلح "الكثافة الضوئية للوسط" لوصف الخصائص البصرية للوسط (الشكل 3).

أرز. 3. الكثافة البصرية للوسط (α > γ)

إذا انتقل الشعاع من وسط له سرعة ضوء أعلى إلى وسط له سرعة ضوء أقل، فكما يتبين من الشكل 3 وقانون انكسار الضوء، سيتم ضغطه على العمودي، أي ، زاوية الانكسار أقل من زاوية السقوط. في هذه الحالة، يقال أن الشعاع قد انتقل من وسط بصري أقل كثافة إلى وسط أكثر كثافة بصريًا. مثال: من الهواء إلى الماء؛ من الماء إلى الزجاج.

الوضع العكسي ممكن أيضًا: سرعة الضوء في الوسط الأول أقل من سرعة الضوء في الوسط الثاني (الشكل 4).

أرز. 4. الكثافة البصرية للوسط (α< γ)

عندها ستكون زاوية الانكسار أكبر من زاوية السقوط، ويقال إن مثل هذا التحول يتم من وسط أكثر كثافة بصريًا إلى وسط أقل كثافة بصريًا (من الزجاج إلى الماء).

يمكن أن تختلف الكثافة البصرية لوسائطين بشكل كبير، لذلك يصبح الوضع الموضح في الصورة (الشكل 5) ممكنًا:

أرز. 5. الفرق بين الكثافة الضوئية للوسائط

انتبه إلى كيفية إزاحة الرأس بالنسبة للجسم الموجود في السائل، في وسط ذي كثافة بصرية أعلى.

ومع ذلك، فإن معامل الانكسار النسبي ليس دائمًا خاصية مناسبة للعمل، لأنه يعتمد على سرعات الضوء في الوسطين الأول والثاني، ولكن يمكن أن يكون هناك الكثير من هذه المجموعات ومجموعات الوسائط (الماء - الهواء، الزجاج) - الماس، الجلسرين - الكحول، الزجاج - الماء، وهكذا). ستكون الجداول مرهقة للغاية، وسيكون من غير المناسب العمل، ثم قدمت بيئة مطلقة واحدة، بالمقارنة مع سرعة الضوء في البيئات الأخرى. تم اختيار الفراغ باعتباره السرعة المطلقة وتمت مقارنة سرعات الضوء مع سرعة الضوء في الفراغ.

معامل الانكسار المطلق للوسط n- هذه القيمة التي تميز الكثافة الضوئية للوسط وتساوي نسبة سرعة الضوء معفي الفراغ إلى سرعة الضوء في وسط معين.

يعد معامل الانكسار المطلق أكثر ملاءمة للعمل، لأننا نعرف دائمًا سرعة الضوء في الفراغ، وهي تساوي 3·10 8 م/ث وهي ثابتة فيزيائية عالمية.

يعتمد معامل الانكسار المطلق على عوامل خارجية: درجة الحرارة، والكثافة، وكذلك على الطول الموجي للضوء، لذلك تشير الجداول عادة إلى متوسطالانكسار لنطاق معين من الطول الموجي. وإذا قارنا معامل انكسار الهواء والماء والزجاج (الشكل 6)، نرى أن معامل انكسار الهواء قريب من الوحدة، لذلك سنأخذه كوحدة عند حل المسائل.

أرز. 6. جدول معاملات الانكسار المطلقة للوسائط المختلفة

من السهل الحصول على العلاقة بين معامل الانكسار المطلق والنسبي للوسائط.

معامل الانكسار النسبي، أي للحزمة التي تمر من الوسط الأول إلى المتوسط ​​الثاني، يساوي نسبة معامل الانكسار المطلق في الوسط الثاني إلى معامل الانكسار المطلق في الوسط الأول.

على سبيل المثال: = ≈ 1,16

وإذا كانت معاملات الانكسار المطلقة للوسائط متماثلة تقريباً، فهذا يعني أن معامل الانكسار النسبي عند المرور من وسط إلى آخر سيكون مساوياً لواحد، أي أن شعاع الضوء لن ينكسر فعلياً. على سبيل المثال، عند التحول من زيت اليانسون إلى جوهرةلن ينحرف ضوء البريل عمليا، أي أنه سوف يتصرف كما لو كان يمر عبر زيت اليانسون، حيث أن معامل انكسارهما هو 1.56 و 1.57 على التوالي، لذلك يمكن إخفاء الجوهرة في سائل، فهي ببساطة لن تكون كذلك. مرئي.

إذا صببت الماء في كوب شفاف ونظرت من خلال جدار الزجاج إلى الضوء فسنرى لمعاناً فضياً للسطح بسبب ظاهرة الانعكاس الداخلي الكلي والتي أصبحت الآن سيتم مناقشتها. عندما يمر شعاع ضوئي من وسط بصري أكثر كثافة إلى وسط بصري أقل كثافة، يمكن ملاحظة تأثير مثير للاهتمام. وللتأكد من ذلك، سنفترض أن الضوء ينتقل من الماء إلى الهواء. لنفترض أن هناك مصدرًا نقطيًا للضوء S في عمق الخزان، ينبعث منه الأشعة في كل الاتجاهات. على سبيل المثال، يضيء الغواص مصباحًا يدويًا.

يسقط شعاع SO 1 على سطح الماء بأصغر زاوية، وينكسر هذا الشعاع جزئيًا - شعاع O 1 A 1 وينعكس جزئيًا مرة أخرى في الماء - شعاع O 1 B 1. وهكذا، يتم نقل جزء من طاقة الشعاع الساقط إلى الشعاع المنكسر، والجزء المتبقي من الطاقة إلى الشعاع المنعكس.

أرز. 7. الانعكاس الداخلي الكلي

الشعاع SO 2، الذي تكون زاوية سقوطه أكبر، ينقسم أيضًا إلى شعاعين: منكسر ومنعكس، لكن طاقة الشعاع الأصلي تتوزع بينهما بطريقة مختلفة: الشعاع المنكسر O 2 A 2 سيكون أضعف من الشعاع المنكسر. الشعاع O 1 A 1، أي أنه سيتلقى جزءًا أصغر من الطاقة، وسيكون الشعاع المنعكس O 2 V 2، على التوالي، أكثر سطوعًا من الشعاع O 1 V 1، أي أنه سيحصل على حصة أكبر من طاقة. مع زيادة زاوية السقوط، يتم تتبع نفس الانتظام - حصة متزايدة من طاقة الحزمة الساقطة تذهب إلى الحزمة المنعكسة وحصة أصغر من أي وقت مضى إلى الحزمة المنكسرة. يصبح الشعاع المنكسر باهتًا وفي مرحلة ما يختفي تمامًا، ويحدث هذا الاختفاء عند الوصول إلى زاوية السقوط، والتي تقابل زاوية انكسار قدرها 90 0 . في هذه الحالة، يجب أن يكون الشعاع المنكسر OA موازيًا لسطح الماء، ولكن لا يوجد شيء يمكن الذهاب إليه - كل طاقة الشعاع الساقط SO ذهبت بالكامل إلى الشعاع المنعكس OB. وبطبيعة الحال، مع زيادة أخرى في زاوية الإصابة، سوف يكون الشعاع المنكسر غائبا. الظاهرة الموصوفة هي الانعكاس الداخلي الكلي، أي أن الوسط البصري الأكثر كثافة عند الزوايا المعتبرة لا يصدر أشعة من نفسه، بل تنعكس جميعها داخله. تسمى الزاوية التي تحدث فيها هذه الظاهرة الزاوية الحدية للانعكاس الداخلي الكلي

من السهل العثور على قيمة الزاوية المحددة من قانون الانكسار:

= => = أركسين للماء ≈ 49 0

التطبيق الأكثر إثارة للاهتمام والأكثر شعبية لظاهرة الانعكاس الداخلي الكلي هو ما يسمى بأدلة الموجات، أو الألياف الضوئية. هذه هي بالضبط طريقة الإشارة التي تستخدمها شركات الاتصالات الحديثة على الإنترنت.

لقد حصلنا على قانون انكسار الضوء، وقدمنا ​​مفهومًا جديدًا - معاملات الانكسار النسبية والمطلقة، واكتشفنا أيضًا ظاهرة الانعكاس الداخلي الكلي وتطبيقاتها، مثل الألياف الضوئية. يمكنك دمج المعرفة من خلال فحص الاختبارات وأجهزة المحاكاة ذات الصلة في قسم الدرس.

دعونا نحصل على دليل على قانون انكسار الضوء باستخدام مبدأ هيجنز. من المهم أن نفهم أن سبب الانكسار هو الفرق في سرعة الضوء في وسطين مختلفين. دعونا نشير إلى سرعة الضوء في الوسط الأول V 1 وفي الوسط الثاني - V 2 (الشكل 8).

أرز. 8. إثبات قانون انكسار الضوء

دع طائرة موجة خفيفة. سطح الموجة AC عمودي على الأشعة، والسطح البيني بين الوسائط MN يصل أولاً إلى الحزمة، ويصل الشعاع إلى نفس السطح بعد فترة زمنية ∆t، والتي ستكون مساوية للمسار SW مقسومًا على سرعة الضوء في الوسط الأول .

لذلك، في الوقت الذي تبدأ فيه الموجة الثانوية عند النقطة B في الإثارة، فإن الموجة من النقطة A لها بالفعل شكل نصف الكرة الأرضية بنصف قطر AD، والذي يساوي السرعةللضوء في الوسط الثاني بمقدار ∆t: AD = ·∆t، أي مبدأ هيجنز في الفعل البصري. يمكن الحصول على السطح الموجي لموجة منكسرة عن طريق رسم سطح مماس لجميع الموجات الثانوية في الوسط الثاني، الذي تقع مراكزه على السطح البيني بين الوسائط، وهو في هذه الحالة هو المستوى BD، وهو غلاف الموجات الثانوية. زاوية سقوط الشعاع α تساوي زاوية CAB في المثلث ABC، وأضلاع إحدى هاتين الزاويتين متعامدة مع أضلاع الأخرى. وبالتالي فإن SW ستكون مساوية لسرعة الضوء في الوسط الأول بمقدار ∆t

CB = ∆t = AB الخطيئة α

وبدورها فإن زاوية الانكسار ستكون مساوية للزاوية ABD في المثلث ABD، وبالتالي:

AD = ∆t = AB الخطيئة γ

وبتقسيم التعبير حدًا على حد نحصل على:

n قيمة ثابتة لا تعتمد على زاوية السقوط.

لقد حصلنا على قانون انكسار الضوء، جيب زاوية السقوط إلى جيب زاوية الانكسار هو قيمة ثابتة للوسائط المعطاة وتساوي نسبة سرعات الضوء في الوسيطين المعينين.

يتم وضع وعاء مكعب ذو جدران غير شفافة بحيث لا ترى عين المراقب قاعها، ولكنها ترى جدار القرص المضغوط بالكامل. ما كمية الماء التي يجب سكبها في الوعاء حتى يتمكن المراقب من رؤية الجسم F الموجود على مسافة b = 10 cm من الزاوية D؟ حافة السفينة α = 40 سم (الشكل 9).

ما هو المهم جدا في حل هذه المشكلة؟ خمن أنه بما أن العين لا ترى قاع الإناء بل ترى النقطة المتطرفةالجدار الجانبي، ويكون الإناء مكعباً، فإن زاوية سقوط الحزمة على سطح الماء عند سكبها تساوي 0 45.

أرز. 9. مهمة الامتحان

يسقط الشعاع إلى النقطة F، مما يعني أننا نرى الجسم بوضوح، ويوضح الخط الأسود المنقط مسار الشعاع إذا لم يكن هناك ماء، أي إلى النقطة D. ومن المثلث NFC، ظل الزاوية β، ظل زاوية الانكسار، هو نسبة الساق المقابلة إلى الساق المجاورة، أو، بناءً على الشكل، h ناقص b مقسومًا على h.

tg β = = , h هو ارتفاع السائل الذي سكبناه؛

يتم استخدام ظاهرة الانعكاس الداخلي الكلي الأكثر كثافة في أنظمة الألياف الضوئية.

أرز. 10. الألياف الضوئية

إذا تم توجيه شعاع من الضوء إلى نهاية أنبوب زجاجي صلب، فبعد الانعكاس الداخلي الكلي المتعدد، سيخرج الشعاع من الجانب المقابل للأنبوب. لقد أتضح أن أنبوب زجاجي- موصل للموجة الضوئية أو الدليل الموجي. سيحدث هذا سواء كان الأنبوب مستقيمًا أو منحنيًا (الشكل 10). تم استخدام أدلة الضوء الأولى، وهذا هو الاسم الثاني للأدلة الموجية، لتسليط الضوء الأماكن التي يصعب الوصول إليها(عند إجراء بحث طبي، عندما يتم إمداد الضوء إلى أحد طرفي الدليل الضوئي، ويضيء الطرف الآخر المكان الصحيح). التطبيق الرئيسي هو الطب، وتنظير عيوب المحركات، ومع ذلك، تستخدم هذه الأدلة الموجية على نطاق واسع في أنظمة نقل المعلومات. يكون التردد الحامل عند إرسال إشارة بموجة ضوئية أعلى بمليون مرة من تردد إشارة الراديو، مما يعني أن كمية المعلومات التي يمكننا نقلها بموجة ضوئية تبلغ ملايين المرات المزيد من الكميةالمعلومات المنقولة عن طريق موجات الراديو. هذه فرصة عظيمة لنقل كمية هائلة من المعلومات بطريقة بسيطة و بطريقة غير مكلفة. كقاعدة عامة، يتم نقل المعلومات عبر كابل الألياف باستخدام إشعاع الليزر. لا غنى عن الألياف الضوئية لنقل سريع وعالي الجودة لإشارة الكمبيوتر التي تحتوي على حجم كبير المعلومات المنقولة. وفي قلب كل هذا تكمن ظاهرة بسيطة وشائعة مثل انكسار الضوء.

فهرس

1. تيخوميروفا إس إيه، يافورسكي بي إم. الفيزياء (المستوى الأساسي) - م: منيموزينا، 2012.
2. جيندنشتاين إل إي، ديك يو.آي. الفيزياء الصف 10. - م: منيموسين، 2014.
3. كيكوين آي كيه، كيكوين إيه كيه. الفيزياء - 9، موسكو، التعليم، 1990.

1. edu.glavsprav.ru ().
2. Nvtc.ee ().
3. Raal100.narod.ru ().
4. Optika.ucoz.ru ().

العمل في المنزل

1. تعريف انكسار الضوء.
2. اذكر سبب انكسار الضوء.
3. اذكر أشهر تطبيقات الانعكاس الداخلي الكلي.

عندما تنتشر الموجات في وسط، بما في ذلك الوسط الكهرومغناطيسي، للعثور على جبهة موجة جديدة في أي وقت، استخدم مبدأ هيجنز.

كل نقطة من جبهة الموجة هي مصدر للموجات الثانوية.

في وسط متجانس الخواص، تكون الأسطح الموجية للموجات الثانوية على شكل مجالات نصف قطرها v × Dt، حيث v هي سرعة انتشار الموجة في الوسط. ومن خلال إجراء غلاف مقدمات الموجات للموجات الثانوية، نحصل على جبهة موجة جديدة في وقت معين (الشكل 7.1، أ، ب).

قانون الانعكاس

باستخدام مبدأ هيغنز، يمكن إثبات قانون انعكاس الموجات الكهرومغناطيسية عند السطح البيني بين عازلين كهربائيين.

زاوية السقوط تساوي زاوية الانعكاس. تقع الأشعة الساقطة والمنعكسة، بالإضافة إلى العمودي على السطح البيني بين عازلين كهربائيين، في نفس المستوى.Ð أ = Ð ب. (7.1)

دع موجة ضوئية مستوية تسقط على واجهة SD مسطحة بين وسطين (الحزم 1 و 2، الشكل 7.2). الزاوية بين الشعاع والعمودي على LED تسمى زاوية السقوط. إذا وصلت مقدمة الموجة الساقطة OB في وقت معين إلى النقطة O، فطبقًا لمبدأ هيغنز، فإن هذه النقطة

أرز. 7.2

يبدأ في إشعاع موجة ثانوية. خلال الوقت Dt = IN 1 /v يصل الشعاع الساقط 2 إلى t O 1 . خلال نفس الوقت، تصل مقدمة الموجة الثانوية، بعد الانعكاس في النقطة O، والتي تنتشر في نفس الوسط، إلى نقاط نصف الكرة الأرضية، نصف القطر OA \u003d v Dt \u003d BO 1. يتم تصوير جبهة الموجة الجديدة بواسطة المستوى AO 1، ويمثل اتجاه الانتشار شعاع OA. وتسمى الزاوية ب زاوية الانعكاس. من مساواة المثلثين OAO 1 وOBO 1، يتبع قانون الانعكاس: زاوية السقوط تساوي زاوية الانعكاس.

قانون الانكسار

يتميز الوسط المتجانس بصريا 1 بـ , (7.2)

النسبة ن 2 / ن 1 \u003d ن 21 (7.4)

مُسَمًّى

(7.5)

للفراغ ن = 1.

بسبب التشتت (ترددات الضوء n » 10 14 هرتز)، على سبيل المثال، بالنسبة للماء n = 1.33، وليس n = 9 (e = 81)، كما يلي من الديناميكا الكهربائية للترددات المنخفضة. إذا كانت سرعة انتشار الضوء في الوسط الأول هي v 1، وفي الوسط الثاني - v 2،

أرز. 7.3

ثم خلال الزمن Dt للموجة المستوية الساقطة التي تعبر المسافة AO 1 في الوسط الأول AO 1 = v 1 Dt. تصل مقدمة الموجة الثانوية، المثارة في الوسط الثاني (وفقًا لمبدأ هيغنز)، إلى نقاط نصف الكرة الأرضية، التي يكون نصف قطرها OB = v 2 Dt. يتم تصوير الجبهة الجديدة للموجة التي تنتشر في الوسط الثاني بواسطة المستوى BO 1 (الشكل 7.3)، ويتم تمثيل اتجاه انتشارها بواسطة الأشعة OB وO 1 C (متعامدة مع مقدمة الموجة). الزاوية b بين الحزمة OB والعادية للواجهة بين اثنين من العوازل عند النقطة O تسمى زاوية الانكسار .من المثلثات OAO 1 و OBO 1 يتبع ذلك AO 1 \u003d OO 1 sin a، OB \u003d OO 1 sin b.

موقفهم يعبر عن ذلك قانون الانكسار(قانون سنيل):

. (7.6)

نسبة جيب زاوية السقوط إلى جيب زاوية الانكسار تساوي معامل الانكسار النسبي للوسائط.

انعكاس داخلي كامل

أرز. 7.4

وفقًا لقانون الانكسار، يمكن ملاحظة السطح البيني بين وسطين انعكاس داخلي كامل، إذا ن 1 > ن 2، أي Рb >Рa (الشكل 7.4). ولذلك، توجد زاوية الحد الأقصى للورود Ða pr عندما Ðb = 90 0 . ثم يأخذ قانون الانكسار (7.6) الشكل التالي:

الخطيئة أ العلاقات العامة \u003d، (الخطيئة 90 0 \u003d 1) (7.7)

مع زيادة إضافية في زاوية السقوط Ða > Ða pr، ينعكس الضوء تمامًا من السطح البيني بين الوسطين.

وتسمى مثل هذه الظاهرة انعكاس داخلي كاملوتستخدم على نطاق واسع في مجال البصريات، على سبيل المثال، لتغيير اتجاه أشعة الضوء (الشكل 7. 5، أ، ب).

يتم استخدامه في التلسكوبات والمناظير والألياف الضوئية وغيرها من الأدوات البصرية.

وفي العمليات الموجية الكلاسيكية، مثل ظاهرة الانعكاس الداخلي الكلي للموجات الكهرومغناطيسية، يتم ملاحظة ظواهر مشابهة لتأثير النفق في ميكانيكا الكم، والذي يرتبط بخصائص الموجة الجسيمية للجزيئات.

في الواقع، أثناء انتقال الضوء من وسيلة إلى أخرى، لوحظ انكسار الضوء، المرتبط بتغيير سرعة انتشاره في الوسائط المختلفة. عند السطح البيني بين وسطين، ينقسم شعاع الضوء إلى قسمين: منكسر ومنعكس.

يسقط شعاع من الضوء بشكل عمودي على الوجه 1 من منشور زجاجي متساوي الساقين، دون أن ينكسر، يسقط على الوجه 2، ويلاحظ الانعكاس الداخلي الكلي، حيث أن زاوية السقوط (Ða = 45 0) للشعاع على الوجه 2 هي أكبر من الزاوية الحدية للانعكاس الداخلي الكلي (للزجاج n 2 = 1.5؛ Ða pr = 42 0).

إذا تم وضع نفس المنشور على مسافة معينة H ~ l/2 من الوجه 2، فإن شعاع الضوء سوف يمر عبر الوجه 2 * ويخرج من المنشور من خلال الوجه 1 * بالتوازي مع الشعاع الساقط على الوجه 1. شدة J يتناقص تدفق الضوء المنقول بشكل كبير مع زيادة الفجوة h بين المنشور وفقًا للقانون:

,

حيث w هو احتمال مرور الحزمة إلى الوسط الثاني؛ د هو معامل يعتمد على معامل انكسار المادة؛ l هو الطول الموجي للضوء الساقط

ولذلك، فإن اختراق الضوء إلى المنطقة "المحظورة" هو تشبيه بصري لتأثير النفق الكمي.

إن ظاهرة الانعكاس الداخلي الكلي كاملة بالفعل، لأنه في هذه الحالة تنعكس كل طاقة الضوء الساقط عند السطح البيني بين وسطين مقارنة بانعكاسه، على سبيل المثال، من سطح المرايا المعدنية. وباستخدام هذه الظاهرة، يمكن للمرء أن يتتبع تشبيهًا آخر بين انكسار وانعكاس الضوء من ناحية، وإشعاع فافيلوف-شيرينكوف من ناحية أخرى.

التدخل الموجي

7.2.1. دور المتجهات و

ومن الناحية العملية، يمكن أن تنتشر عدة موجات في وقت واحد في الوسائط الحقيقية. ونتيجة لإضافة الموجات، لوحظ عدد من الظواهر المثيرة للاهتمام: التداخل والحيود والانعكاس والانكسار للموجاتإلخ.

هذه الظواهر الموجية مميزة ليس فقط للموجات الميكانيكية، ولكن أيضًا للكهرباء والمغناطيسية والضوء وما إلى ذلك. يتم عرض خصائص الموجة من قبل الجميع الجسيمات الأولية، وهو ما أثبتته ميكانيكا الكم.

واحدة من أكثر الظواهر الموجية إثارة للاهتمام، والتي يتم ملاحظتها عندما تنتشر موجتان أو أكثر في وسط ما، تسمى التداخل. يتميز الوسط المتجانس بصريا 1 بـ المؤشر المطلقالانكسار , (7.8)

حيث c هي سرعة الضوء في الفراغ؛ v1- سرعة الضوء في الوسط الأول.

يتميز الوسط 2 بمعامل الانكسار المطلق

حيث v2 هي سرعة الضوء في الوسط الثاني.

النسبة (7.10)

مُسَمًّى المؤشر النسبيانكسار الوسط الثاني بالنسبة إلى الأول.بالنسبة للعوازل الشفافة، حيث m = 1، باستخدام نظرية ماكسويل، أو

حيث e 1 , e 2 هي السماحيات للوسائط الأولى والثانية.

بالنسبة للفراغ، n = 1. بسبب التشتت (ترددات الضوء n » 10 14 هرتز)، على سبيل المثال، بالنسبة للماء، n = 1.33، وليس n = 9 (e = 81)، كما يلي من الديناميكا الكهربائية للترددات المنخفضة. الضوء عبارة عن موجات كهرومغناطيسية. ولذلك، يتم تحديد المجال الكهرومغناطيسي بواسطة المتجهات و، التي تميز قوة المجالات الكهربائية والمغناطيسية، على التوالي. ومع ذلك، في العديد من عمليات تفاعل الضوء مع المادة، مثل تأثير الضوء على أجهزة الرؤية والخلايا الكهروضوئية وغيرها من الأجهزة، يعود الدور الحاسم إلى المتجه، والذي يسمى في البصريات ناقل الضوء.

المحاضرة 23 البصريات الهندسية

المحاضرة 23 البصريات الهندسية

1. قوانين انعكاس وانكسار الضوء.

2. الانعكاس الداخلي الكلي. الألياف البصرية.

3. العدسات. القوة البصرية للعدسة.

4. انحرافات العدسة.

5. المفاهيم والصيغ الأساسية.

6. المهام.

عند حل العديد من المشاكل المتعلقة بانتشار الضوء، يمكن استخدام قوانين البصريات الهندسية القائمة على مفهوم شعاع الضوء كخط تنتشر عبره طاقة الموجة الضوئية. في الوسط المتجانس تكون أشعة الضوء مستقيمة الخط. البصريات الهندسية هي الحالة المقيدة للبصريات الموجية حيث يميل الطول الموجي إلى الصفر (λ →0).

23.1. قوانين انعكاس وانكسار الضوء. الانعكاس الداخلي الكلي، أدلة الضوء

قوانين الانعكاس

انعكاس الضوء- ظاهرة تحدث عند السطح البيني بين وسطين، ونتيجة لذلك يغير شعاع الضوء اتجاه انتشاره، ويبقى في الوسط الأول. وتعتمد طبيعة الانعكاس على النسبة بين أبعاد (ح) عدم انتظام السطح العاكس والطول الموجي (λ) الإشعاع الحادث.

انعكاس منتشر

عندما يتم تحديد أماكن الشذوذ بشكل عشوائي، وتكون أحجامها في حدود الطول الموجي أو تتجاوزه، يوجد انعكاس منتشر- تشتت الضوء في اتجاهات مختلفة. وبسبب الانعكاس المنتشر تصبح الأجسام غير المضيئة مرئية عندما ينعكس الضوء عن سطوحها.

انعكاس المرآة

إذا كانت أبعاد المخالفات صغيرة مقارنة بالطول الموجي (ح<< λ), то возникает направленное, или مرآة،انعكاس الضوء (الشكل 23.1). وفي هذه الحالة يتم استيفاء القوانين التالية.

تقع الحزمة الساقطة، والحزمة المنعكسة والعمودية على الواجهة بين وسطين، المرسومة من خلال نقطة سقوط الحزمة، في نفس المستوى.

زاوية الانعكاس تساوي زاوية السقوط:β = أ.

أرز. 23.1.مسار الأشعة في الانعكاس المرآوي

قوانين الانكسار

عندما يسقط شعاع ضوئي على الواجهة بين وسطين شفافين، فإنه ينقسم إلى شعاعين: منعكس و منكسر(الشكل 23.2). ينتشر الشعاع المنكسر في الوسط الثاني، ويغير اتجاهه. الخاصية البصرية للوسط هي مطلق

أرز. 23.2.مسار الأشعة عند الانكسار

معامل الانكسار,وهي تساوي نسبة سرعة الضوء في الفراغ إلى سرعة الضوء في هذا الوسط:

يعتمد اتجاه الشعاع المنكسر على نسبة معاملات الانكسار للوسائط. تم استيفاء قوانين الانكسار التالية.

تقع الحزمة الساقطة والحزمة المنكسرة والعمودية على السطح البيني بين وسطين، المرسومة من خلال نقطة سقوط الحزمة، في نفس المستوى.

نسبة جيب زاوية السقوط إلى جيب زاوية الانكسار هي قيمة ثابتة تساوي نسبة معاملات الانكسار المطلقة للوسائط الثانية والأولى:

23.2. انعكاس داخلي كامل. الألياف البصرية

ضع في اعتبارك انتقال الضوء من وسط ذي معامل انكسار مرتفع n 1 (أكثر كثافة بصريًا) إلى وسط ذي معامل انكسار أقل n 2 (أقل كثافة بصريًا). ويبين الشكل 23.3 الأشعة الساقطة على السطح الزجاجي الهوائي. بالنسبة للزجاج، معامل الانكسار n 1 = 1.52؛ للهواء ن 2 = 1.00.

أرز. 23.3.حدوث الانعكاس الداخلي الكلي (ن 1 > ن 2)

وتؤدي زيادة زاوية السقوط إلى زيادة زاوية الانكسار حتى تصبح زاوية الانكسار 90 درجة. مع زيادة أخرى في زاوية الإصابة، لا ينكسر الشعاع الساقط، ولكن تماماينعكس من الواجهة. وتسمى هذه الظاهرة انعكاس داخلي كامل.يتم ملاحظته عندما يسقط الضوء من وسط أكثر كثافة على الحدود مع وسط أقل كثافة ويتكون مما يلي.

إذا تجاوزت زاوية السقوط الزاوية الحدية لهذه الوسائط، فلن يكون هناك انكسار عند السطح البيني وينعكس الضوء الساقط بالكامل.

يتم تحديد زاوية الحد من الإصابة من خلال العلاقة

مجموع شدة الحزم المنعكسة والمنكسرة يساوي شدة الشعاع الساقط. ومع زيادة زاوية السقوط، تزداد شدة الشعاع المنعكس، بينما تقل شدة الشعاع المنكسر، وبالنسبة لزاوية السقوط الحدية تصبح مساوية للصفر.

الألياف البصرية

تستخدم ظاهرة الانعكاس الداخلي الكلي في الأدلة الضوئية المرنة.

إذا تم توجيه الضوء إلى نهاية ألياف زجاجية رقيقة محاطة بكسوة ذات معامل انكسار أقل للزاوية، فسوف ينتشر الضوء عبر الألياف، ويشهد انعكاسًا كليًا على واجهة الكسوة الزجاجية. تسمى هذه الألياف الدليل المضيء.لا تتداخل انحناءات دليل الضوء مع مرور الضوء

في أدلة الضوء الحديثة، يكون فقدان الضوء نتيجة امتصاصه صغيرًا جدًا (في حدود 10٪ لكل كيلومتر)، مما يجعل من الممكن استخدامها في أنظمة اتصالات الألياف الضوئية. في الطب، يتم استخدام حزم من أدلة الضوء الرفيعة لصنع المناظير، والتي تستخدم للفحص البصري للأعضاء الداخلية المجوفة (الشكل 23.5). يصل عدد الألياف في المنظار إلى المليون.

بمساعدة قناة توجيه ضوئية منفصلة موضوعة في حزمة مشتركة، يتم نقل إشعاع الليزر بغرض التأثير العلاجي على الأعضاء الداخلية.

أرز. 23.4.انتشار الأشعة الضوئية عبر الألياف

أرز. 23.5.المنظار

هناك أيضًا أدلة للضوء الطبيعي. على سبيل المثال، في النباتات العشبيةيلعب الجذع دور دليل الضوء الذي يوصل الضوء إلى الجزء الموجود تحت الأرض من النبات. تشكل خلايا الجذع أعمدة متوازية، وهو ما يذكرنا بتصميم أدلة الضوء الصناعية. لو

ولإضاءة مثل هذا العمود، بفحصه بالمجهر، يتبين أن جدرانه تظل مظلمة، وأن الجزء الداخلي من كل خلية مضاء بشكل ساطع. العمق الذي يصل إليه الضوء بهذه الطريقة لا يتجاوز 4-5 سم، ولكن حتى دليل الضوء القصير هذا يكفي لتوفير الضوء للجزء الموجود تحت الأرض من نبات عشبي.

23.3. العدسات. القوة البصرية للعدسة

عدسة -جسم شفاف، يحده عادةً سطحان كرويان، يمكن أن يكون كل منهما محدبًا أو مقعرًا. يسمى الخط المستقيم الذي يمر عبر مراكز هذه المجالات المحور البصري الرئيسي للعدسة(كلمة بيتعادة ما يتم حذفها).

تسمى العدسة التي يكون سمكها الأقصى أقل بكثير من نصف قطر كلا السطحين الكرويين رفيع.

من خلال المرور عبر العدسة، يغير شعاع الضوء اتجاهه - فهو ينحرف. إذا كان الانحراف إلى الجانب المحور البصري،ثم يتم استدعاء العدسة جمعوإلا تسمى العدسة نثر.

أي شعاع يسقط على عدسة متقاربة موازية للمحور البصري، بعد انكساره، يمر عبر نقطة على المحور البصري (F)، تسمى التركيز الأساسى(الشكل 23.6، أ). بالنسبة للعدسة المتباينة، يمر عبر التركيز استمرارشعاع منكسر (الشكل 23.6، ب).

تحتوي كل عدسة على بؤرتين تقعان على جانبيها. تسمى المسافة من البؤرة إلى مركز العدسة البعد البؤري الرئيسي(F).

أرز. 23.6.تركيز العدسات المتقاربة (أ) والمتباعدة (ب).

في صيغ الحساب، يتم أخذ f بعلامة "+". تجمعالعدسات ومع علامة "-" ل نثرالعدسات.

يسمى مقلوب البعد البؤري القوة البصرية للعدسة:د = 1/و. وحدة الطاقة الضوئية - الديوبتر(دبتر). 1 ديوبتر هو القوة البصرية للعدسة ذات البعد البؤري 1 متر.

القوة البصريةعدسة رقيقة و البعد البؤريتعتمد على أنصاف أقطار المجالات ومعامل الانكسار لمادة العدسة بالنسبة إلى بيئة:

حيث R 1 , R 2 - نصف قطر انحناء أسطح العدسة؛ n هو معامل انكسار مادة العدسة بالنسبة للبيئة المحيطة؛ تم أخذ علامة "+" لـ محدبالسطح، وعلامة "-" - ل مقعر.قد يكون أحد الأسطح مسطحًا. في هذه الحالة، خذ R = ∞ , 1/ر = 0.

تستخدم العدسات لالتقاط الصور. تخيل جسمًا متعامدًا على المحور البصري للعدسة المجمعة، وقم بتكوين صورة للنقطة العليا منه A. وستكون صورة الجسم بأكمله أيضًا متعامدة مع محور العدسة. اعتمادًا على موضع الجسم بالنسبة للعدسة، هناك حالتان محتملتان لانكسار الأشعة، كما هو موضح في الشكل. 23.7.

1. إذا كانت المسافة من الجسم إلى العدسة تزيد عن البعد البؤري f، فإن الأشعة المنبعثة من النقطة A، بعد مرورها عبر العدسة تتقاطععند النقطة أ والتي تسمى الصورة الفعلية.تم الحصول على الصورة الفعلية رأسا على عقب.

2. إذا كانت المسافة من الجسم إلى العدسة أقل من البعد البؤري f فإن الأشعة المنبعثة من النقطة A بعد مرورها عبر العدسة سباق-

أرز. 23.7.الصور الحقيقية (أ) والخيالية (ب) المقدمة بواسطة عدسة مجمعة

يمشى بلجواروعند النقطة أ" تتقاطع امتداداتها. وتسمى هذه النقطة صورة خيالية.يتم الحصول على الصورة الخيالية مباشر.

تعطي العدسة المتباعدة صورة افتراضية لجسم ما في جميع مواضعه (الشكل 23.8).

أرز. 23.8.صورة افتراضية مقدمة بواسطة عدسة متباعدة

لحساب الصورة المستخدمة صيغة العدسة,الذي يقيم العلاقة بين الأحكام نقاطوهي الصور

حيث f هو البعد البؤري (للعدسة المتباعدة سلبي)أ 1 - المسافة من الجسم إلى العدسة؛ 2 هي المسافة من الصورة إلى العدسة (علامة "+" مأخوذة لصورة حقيقية، وعلامة "-" لصورة افتراضية).

أرز. 23.9.خيارات صيغة العدسة

تسمى نسبة حجم الصورة إلى حجم الكائن الزيادة الخطية:

يتم حساب الزيادة الخطية بالصيغة k = a 2 / a 1. عدسة (حتى رفيع)سيعطي الصورة "الصحيحة"، طاعة صيغة العدسة,فقط في حالة استيفاء الشروط التالية:

لا يعتمد معامل انكسار العدسة على الطول الموجي للضوء، أو أن الضوء كافٍ أحادية اللون.

عند استخدام عدسات التصوير حقيقيالمواضيع، هذه القيود، كقاعدة عامة، لا يتم الوفاء بها: هناك تشتت؛ تقع بعض نقاط الجسم بعيدًا عن المحور البصري؛ أشعة الضوء الساقطة ليست محورية، والعدسة ليست رقيقة. كل هذا يؤدي إلى تشوهالصور. لتقليل تشويه العدسة الأجهزة البصريةمصنوعة من عدة عدسات تقع بالقرب من بعضها البعض. القوة البصرية لهذه العدسة تساوي مجموع القوى البصرية للعدسات:

23.4. انحرافات العدسة

الانحرافاتهو اسم عام لأخطاء الصورة التي تحدث عند استخدام العدسات. الانحرافات (من اللاتينية "انحراف"- الانحراف)، والتي تظهر فقط في الضوء غير أحادي اللون، تسمى لوني.جميع أنواع الانحرافات الأخرى هي أحادية اللوننظرًا لأن مظهرها لا يرتبط بالتركيب الطيفي المعقد للضوء الحقيقي.

1. الانحراف الكروي- أحادية اللونانحراف يرجع إلى حقيقة أن الأجزاء المتطرفة (المحيطية) من العدسة تنحرف الأشعة القادمة من مصدر نقطي بقوة أكبر من الجزء المركزي. ونتيجة لذلك، تتشكل المناطق الطرفية والمركزية للعدسة صور مختلفة(S 2 و S "2، على التوالي) لمصدر نقطي S 1 (الشكل 23.10). لذلك، في أي موضع من الشاشة، يتم الحصول على الصورة الموجودة عليها في شكل نقطة مضيئة.

يتم التخلص من هذا النوع من الانحراف باستخدام أنظمة العدسات المقعرة والمحدبة.

أرز. 23.10.تفاصيل التحقيق

2. الاستجماتيزم- أحادية اللونانحراف، يتكون في حقيقة أن صورة النقطة لها شكل بقعة بيضاوية، والتي في مواضع معينة من مستوى الصورة تتحول إلى مقطع.

الاستجماتيزم الحزم المائلةيتجلى عندما تشكل الأشعة المنبعثة من نقطة زوايا كبيرة مع المحور البصري. في الشكل 23.11، يقع المصدر النقطي على المحور البصري الثانوي. في هذه الحالة، تظهر صورتان على شكل قطع من الخطوط المستقيمة المتعامدة مع بعضها البعض في المستويين الأول والثاني. لا يمكن الحصول على صورة المصدر إلا على شكل بقعة ضبابية بين المستويين الأول والثاني.

الاستجماتيزم بسبب عدم التماثلالنظام البصري. يحدث هذا النوع من الاستجماتيزم عندما ينكسر تناسق النظام البصري بالنسبة لشعاع الضوء بسبب تصميم النظام نفسه. مع هذا الانحراف، تقوم العدسات بإنشاء صورة تكون فيها الخطوط والخطوط الموجهة في اتجاهات مختلفة ذات حدة مختلفة. ويلاحظ ذلك في العدسات الأسطوانية (الشكل 23.11، ب).

تشكل العدسة الأسطوانية صورة خطية لجسم نقطي.

أرز. 23.11.الاستجماتيزم: الحزم المائلة (أ)؛ بسبب اسطواني العدسة (ب)

تتشكل الاستجماتيزم في العين عندما يكون هناك عدم تناسق في انحناء العدسة وأنظمة القرنية. لتصحيح الاستجماتيزم، يتم استخدام النظارات التي لها انحناءات مختلفة في اتجاهات مختلفة.

3. التشويه(تشوه). وعندما تشكل الأشعة المرسلة من الجسم زاوية كبيرة مع المحور البصري، يوجد نوع آخر أحادية اللونالانحرافات - تشوه.في هذه الحالة، يتم انتهاك التشابه الهندسي بين الكائن والصورة. والسبب هو أن التكبير الخطي الذي توفره العدسة يعتمد في الواقع على زاوية سقوط الأشعة. ونتيجة لذلك، فإن صورة الشبكة المربعة تأخذ أيًا منهما وسادة-،أو على شكل برميلعرض (الشكل 23.12).

ولمكافحة التشوه، يتم تحديد نظام عدسة ذي تشويه معاكس.

أرز. 23.12.التشويه: أ - وسادة مدبسة، ب - برميل

4. انحراف لونييتجلى في حقيقة أن شعاع الضوء الأبيض المنبعث من نقطة ما يعطي صورته على شكل دائرة قوس قزح، وتتقاطع الأشعة البنفسجية بشكل أقرب إلى العدسة من الأشعة الحمراء (الشكل 23.13).

سبب الانحراف اللوني هو اعتماد معامل انكسار المادة على الطول الموجي للضوء الساقط (التشتت). لتصحيح هذا الانحراف في البصريات، يتم استخدام العدسات المصنوعة من نظارات ذات تشتتات مختلفة (أكرومات، أبوكرومات).

أرز. 23.13.انحراف لوني

23.5. المفاهيم والصيغ الأساسية

استمرار الجدول

نهاية الجدول

23.6. مهام

1. لماذا بريق فقاعات هواءفي الماء؟

إجابة:بسبب انعكاس الضوء على السطح البيني للماء والهواء.

2. لماذا تبدو الملعقة مكبرة في كوب ماء رقيق الجدران؟

إجابة:يعمل الماء الموجود في الزجاج كعدسة أسطوانية مجمعة. نرى صورة مكبرة وهمية.

3. القوة البصرية للعدسة هي 3 ديوبتر. ما هو البعد البؤري للعدسة؟ عبر عن إجابتك بالسنتيمتر.

حل

د \u003d 1 / و ، و \u003d 1 / د \u003d 1/3 \u003d 0.33 م. إجابة:و = 33 سم.

4. الأطوال البؤرية للعدستين متساوية على التوالي: f = +40 cm، f 2 = -40 cm أوجد قوتها البصرية.

6. كيف يمكنك تحديد البعد البؤري للعدسة المجمعة في الطقس الصافي؟

حل

المسافة من الشمس إلى الأرض كبيرة جدًا بحيث تكون جميع الأشعة التي تسقط على العدسة متوازية مع بعضها البعض. إذا حصلت على صورة للشمس على الشاشة، فإن المسافة من العدسة إلى الشاشة ستكون مساوية للبعد البؤري.

7. بالنسبة للعدسة التي يبلغ طولها البؤري 20 سم، أوجد المسافات إلى الجسم التي سيكون فيها الحجم الخطي للصورة الفعلية: أ) ضعف حجم الكائن؛ ب) يساوي حجم الكائن؛ ج) نصف حجم الكائن.

8. تبلغ القوة البصرية للعدسة للشخص ذو الرؤية الطبيعية 25 ديوبتر. معامل الانكسار 1.4. احسب نصف قطر انحناء العدسة إذا كان من المعروف أن نصف قطر الانحناء يساوي ضعف نصف قطر الانحناء الآخر.

انعكاس داخلي كامل

الانعكاس الداخلي- ظاهرة انعكاس الموجات الكهرومغناطيسية من السطح البيني بين وسطين شفافين بشرط سقوط الموجة من وسط ذي معامل انكسار أعلى.

انعكاس داخلي غير مكتمل- الانعكاس الداخلي بشرط أن تكون زاوية السقوط أقل من الزاوية الحرجة. في هذه الحالة، ينقسم الشعاع إلى منكسر ومنعكس.

انعكاس داخلي كامل- الانعكاس الداخلي بشرط أن تزيد زاوية السقوط عن زاوية حرجة معينة. وفي هذه الحالة تنعكس الموجة الساقطة بشكل كامل، وتتجاوز قيمة معامل الانعكاس أعلى قيمها للأسطح المصقولة. وبالإضافة إلى ذلك، فإن معامل الانعكاس للانعكاس الداخلي الكلي لا يعتمد على الطول الموجي.

يتم ملاحظة هذه الظاهرة البصرية في نطاق واسع من الإشعاع الكهرومغناطيسي بما في ذلك نطاق الأشعة السينية.

في إطار البصريات الهندسية، تفسير هذه الظاهرة تافه: استنادًا إلى قانون سنيل ومع الأخذ في الاعتبار أن زاوية الانكسار لا يمكن أن تتجاوز 90 درجة، نحصل على ذلك عند زاوية الورود التي يكون جيبها أكبر من نسبة الانكسار. معامل الانكسار الأصغر إلى المعامل الأكبر، يجب أن تنعكس الموجة الكهرومغناطيسية بالكامل في الوسط الأول.

وفقًا للنظرية الموجية لهذه الظاهرة، فإن الموجة الكهرومغناطيسية تخترق الوسط الثاني - حيث ينتشر ما يسمى بـ "الموجة غير المنتظمة" هناك، والتي تتحلل بشكل كبير ولا تحمل معها الطاقة. إن العمق المميز لاختراق موجة غير متجانسة في الوسط الثاني هو في حدود طول الموجة.

إجمالي انعكاس الضوء الداخلي

فكر في الانعكاس الداخلي باستخدام مثال شعاعين أحاديين اللون يقعان على السطح البيني بين وسطين. تسقط الأشعة من منطقة ذات وسط أكثر كثافة (يشار إليها بوسط أغمق اللون الأزرق) مع معامل انكسار للحدود مع وسط أقل كثافة (مشار إليه باللون الأزرق الفاتح) مع معامل انكسار.

يسقط الشعاع الأحمر بزاوية ، أي أنه يتشعب عند حدود الوسائط - فهو ينكسر جزئيًا وينعكس جزئيًا. ينكسر جزء من الشعاع بزاوية.

يسقط الشعاع الأخضر وينعكس بالكامل src="/pictures/wiki/files/100/d833a2d69df321055f1e0bf120a53eff.png" border="0">.

الانعكاس الداخلي الكامل في الطبيعة والتكنولوجيا

انعكاس الأشعة السينية

الانكسار الأشعة السينيةتم صياغتها لأول مرة من قبل M. A. Kumakhov، الذي طور مرآة الأشعة السينية، وتم إثباتها نظريًا بواسطة آرثر كومبتون في عام 1923.

ظواهر موجية أخرى

من الممكن، على سبيل المثال، إثبات الانكسار، وبالتالي تأثير الانعكاس الداخلي الكلي موجات صوتيةعلى السطح وفي الجزء الأكبر من السائل عند الانتقال بين المناطق ذات اللزوجة أو الكثافة المختلفة.

وقد لوحظت ظواهر مشابهة لتأثير الانعكاس الداخلي الكلي للإشعاع الكهرومغناطيسي في حزم النيوترونات البطيئة.

إذا سقطت موجة مستقطبة عموديا على الواجهة بزاوية بروستر، فسيتم ملاحظة تأثير الانكسار الكامل - لن تكون هناك موجة منعكسة.

ملحوظات

مؤسسة ويكيميديا. 2010 .

• نفسا كاملا
• التغيير الكامل

انظر ما هو "الانعكاس الداخلي الكلي" في القواميس الأخرى:

انعكاس داخلي كامل- البريد الإلكتروني الانعكاسي. ماج. الإشعاع (خاصة الضوء) عندما يسقط على السطح البيني بين وسطين شفافين من وسط ذو معامل انكسار مرتفع. دبوس. يا. يتم تنفيذه عندما تتجاوز زاوية الإصابة زاوية معينة (حرجة) ... الموسوعة الفيزيائية

انعكاس داخلي كامل- انعكاس داخلي كامل. عندما يمر الضوء من وسط له n1 > n2، يحدث الانعكاس الداخلي الكلي إذا كانت زاوية السقوط a2 > apr؛ بزاوية السقوط a1 القاموس الموسوعي المصور

انعكاس داخلي كامل- انعكاس الإشعاع البصري (انظر الإشعاع البصري) (الضوء) أو الإشعاع الكهرومغناطيسي بمدى مختلف (مثل موجات الراديو) عندما يسقط على السطح البيني بين وسطين شفافين من وسط ذو معامل انكسار مرتفع ... .. . الموسوعة السوفيتية الكبرى

انعكاس داخلي كامل- الموجات الكهرومغناطيسية، تحدث عندما تنتقل من وسط ذو معامل انكسار مرتفع n1 إلى وسط ذو معامل انكسار أقل n2 عند زاوية سقوط a تتجاوز الزاوية الحدية apr، والتي تحددها النسبة sinapr=n2/n1. مكتمل… … الموسوعة الحديثة

انعكاس داخلي كامل- الانعكاس الداخلي الكلي، الانعكاس دون انكسار الضوء عند الحدود. عندما ينتقل الضوء من وسط أكثر كثافة (مثل الزجاج) إلى وسط أقل كثافة (الماء أو الهواء)، تكون هناك منطقة زوايا انكسار لا يمر فيها الضوء عبر الحدود... القاموس الموسوعي العلمي والتقني

انعكاس داخلي كامل- انعكاس الضوء من وسط أقل كثافة بصريا مع عودته الكاملة إلى الوسط الذي يسقط منه. [مجموعة من المصطلحات الموصى بها. العدد 79. البصريات الفيزيائية. أكاديمية العلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية. لجنة المصطلحات العلمية والتقنية. 1970] موضوعات…… دليل المترجم الفني

انعكاس داخلي كامل- تحدث الموجات الكهرومغناطيسية عندما تسقط بشكل غير مباشر على السطح البيني بين وسطين، عندما ينتقل الإشعاع من وسط ذو معامل انكسار مرتفع n1 إلى وسيط ذو معامل انكسار أقل n2، وزاوية السقوط i تتجاوز الزاوية الحدية ... ... القاموس الموسوعي الكبير

انعكاس داخلي كامل- الموجات الكهرومغناطيسية، تحدث مع حدوث مائل على السطح البيني بين وسطين، عندما ينتقل الإشعاع من وسط ذو معامل انكسار مرتفع n1 إلى وسط ذو معامل انكسار أقل n2، وزاوية السقوط i تتجاوز الزاوية الحدية ipr .. . القاموس الموسوعي