على الصورة أيُظهر شعاعًا عاديًا يمر عبر واجهة زجاج شبكي ويخرج من لوحة زجاج شبكي دون أن يمر بأي انحراف أثناء مروره عبر الواجهتين بين زجاج شبكي والهواء.على الصورة بيُظهر شعاع من الضوء يدخل إلى لوحة نصف دائرية بشكل طبيعي دون انحراف ، ولكن يصنع زاوية y مع الوضع الطبيعي عند النقطة O داخل لوحة زجاج شبكي. عندما تترك الحزمة وسطًا أكثر كثافة (زجاج شبكي) ، تزداد سرعة انتشارها في وسط أقل كثافة (هواء). لذلك ، فإنها تنكسر ، وتصنع زاوية س بالنسبة للزاوية العادية في الهواء ، والتي تكون أكبر من ص.



استنادًا إلى حقيقة أن n \ u003d الخطيئة (الزاوية التي يصنعها الشعاع مع الوضع الطبيعي في الهواء) / الخطيئة (الزاوية التي يصنعها الشعاع مع الوضع الطبيعي في الوسط) ، زجاج شبكي n n \ u003d sin x / sin y. إذا تم إجراء عدة قياسات x و y ، فيمكن حساب معامل الانكسار للزجاج الشبكي عن طريق حساب متوسط ​​النتائج لكل زوج من القيم. يمكن زيادة الزاوية y بتحريك مصدر الضوء على طول قوس دائرة متمركزة عند النقطة O.

والنتيجة هي زيادة الزاوية x حتى الوصول إلى الموضع الموضح في الشكل. الخامس، أي حتى يصبح x يساوي 90 o. من الواضح أن الزاوية x لا يمكن أن تكون أكبر. تسمى الزاوية التي يصنعها الشعاع الآن مع الوضع الطبيعي داخل زجاج شبكي زاوية حرجة أو محددة مع(هذه هي زاوية السقوط على الحد من وسط أكثر كثافة إلى متوسط ​​أقل كثافة ، عندما تكون زاوية الانكسار في وسط أقل كثافة 90 درجة).

عادة ما يتم ملاحظة شعاع منعكس ضعيف ، وكذلك شعاع ساطع ينكسر على طول الحافة المستقيمة للصفيحة. هذا هو نتيجة للتفكير الداخلي الجزئي. لاحظ أيضًا أنه عند استخدام الضوء الأبيض ، فإن الضوء الذي يظهر على طول الحافة المستقيمة يتحلل إلى ألوان الطيف. إذا كان مصدر الضوء متقدمًا بشكل أكبر حول القوس ، كما في الشكل جي، بحيث أصبح داخل زجاج شبكي أكبر من الزاوية الحرجة c ولا يحدث أي انكسار في الواجهة بين الوسيطتين. وبدلاً من ذلك ، تتعرض الحزمة لانعكاس داخلي كامل بزاوية r بالنسبة إلى الوضع الطبيعي ، حيث r = i.

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

الزاوية الحرجة للماسهي فقط 24 درجة 38 ". وبالتالي ، فإن" بريقها "يعتمد على السهولة التي يحدث بها الانعكاس الداخلي الكلي المتعدد عندما يضيء بالضوء ، والذي يعتمد إلى حد كبير على القطع والتلميع الماهر لتعزيز هذا التأثير. n = 1 / sin s ، لذا فإن القياس الدقيق للزاوية الحرجة c سيحدد n.

دراسة 1. حدد n للزجاج الشبكي بإيجاد الزاوية الحرجة

ضع صفيحة زجاجية نصف دائرية في وسط ورقة بيضاء كبيرة وتتبع الخطوط العريضة لها بعناية. أوجد نقطة المنتصف O للحافة المستقيمة للوحة. باستخدام المنقلة ، قم بإنشاء NO عادي عمودي على هذه الحافة المستقيمة عند النقطة O. أعد وضع اللوحة في مخططها. حرك مصدر الضوء حول القوس إلى يسار NO ، كل ذلك أثناء توجيه الحزمة الساقطة إلى النقطة O. عندما تتبع الحزمة المنكسرة الحافة المستقيمة ، كما هو موضح في الشكل ، حدد مسار الحزمة الساقطة بثلاث نقاط P 1 ، ف 2 ، ف 3.



قم بإزالة اللوحة مؤقتًا وربط 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 وكرر ما فعلته من قبل ، ولكن هذه المرة حرك مصدر الضوء حول القوس إلى يمين NO ، موجهًا الشعاع باستمرار عند النقطة O. سجل القيمتين المقاستين c في النتائج الجدول وتحديد القيمة المتوسطة للزاوية الحرجة ج. ثم حدد معامل الانكسار n n للزجاج الشبكي باستخدام الصيغة n n = 1 / sin s.


يمكن أيضًا استخدام جهاز البحث 1 لإثبات أنه بالنسبة لأشعة الضوء التي تنتشر في وسط أكثر كثافة (زجاج شبكي) وتحدث على الواجهة "زجاج شبكي - هواء" بزوايا أكبر من الزاوية الحرجة c ، زاوية السقوط i يساوي الزاويةتأملات ص.

دراسة 2. افحص قانون انعكاس الضوء لمعرفة زوايا السقوط الأكبر من الزاوية الحرجة

ضع صفيحة زجاجية نصف دائرية على ورقة بيضاء كبيرة وتتبع الخطوط العريضة لها بعناية. كما في الحالة الأولى ، أوجد نقطة المنتصف O وابني NO العادي. بالنسبة للزجاج الشبكي ، الزاوية الحرجة c = 42 ° ، وبالتالي ، فإن زوايا السقوط i> 42 ° أكبر من الزاوية الحرجة. باستخدام منقلة ، قم ببناء أشعة بزوايا 45 درجة ، و 50 درجة ، و 60 درجة ، و 70 درجة ، و 80 درجة على NO الطبيعي.

مرة أخرى ، ضع لوحة زجاج شبكي بعناية في مخططها ووجه شعاع الضوء من مصدر الضوء على طول خط 45 درجة. ستنتقل الشعاع إلى النقطة O ، وينعكس ويظهر من الجانب المقوس للوحة على الجانب الآخر من الوضع الطبيعي. ضع علامة على ثلاث نقاط P 1 و P 2 و P 3 على الحزمة المنعكسة. قم بإزالة اللوحة مؤقتًا وربط النقاط الثلاث بخط مستقيم يجب أن يمر عبر النقطة O.



باستخدام منقلة ، قم بقياس زاوية الانعكاس r بين الشعاع المنعكس ، وسجل النتائج في جدول. ضع اللوحة بعناية في مخططها وكرر الزوايا 50 درجة و 60 درجة و 70 درجة و 80 درجة إلى الوضع الطبيعي. اكتب قيمة r في المكان المناسب في جدول النتائج. ارسم زاوية الانعكاس r مقابل زاوية السقوط i. مخطط خط مستقيمرسمها على مدى من زوايا الوقوع من 45 درجة إلى 80 درجة ستكون كافية لتوضيح أن الزاوية i تساوي الزاوية r.

أولا ، دعونا نتخيل قليلا. تخيل يومًا صيفيًا حارًا قبل الميلاد ، رجل بدائي يصطاد السمك بحربة. لقد لاحظ موقعها وأهدافها وضرباتها لسبب ما ليس على الإطلاق حيث كانت السمكة مرئية. مٌفتَقد؟ لا ، الصياد لديه الفريسة في يديه! الشيء هو أن أسلافنا فهم بشكل حدسي الموضوع الذي سوف ندرسه الآن. في الحياة اليوميةنرى أن ملعقة مغموسة في كوب من الماء تبدو ملتوية عندما ننظر من خلالها جرة زجاجية- تبدو الأشياء مشوهة. سننظر في كل هذه الأسئلة في الدرس ، وموضوعه: "انكسار الضوء. قانون انكسار الضوء. انعكاس داخلي كامل.

تحدثنا في دروس سابقة عن مصير الشعاع في حالتين: ماذا يحدث لو انتشر شعاع من الضوء في وسط متجانس بشكل شفاف؟ الإجابة الصحيحة هي أنها ستنتشر في خط مستقيم. وماذا سيحدث عندما يسقط شعاع من الضوء على الواجهة بين وسيطين؟ في الدرس الأخير تحدثنا عن الشعاع المنعكس ، سننظر اليوم في ذلك الجزء من شعاع الضوء الذي يمتصه الوسط.

ماذا سيكون مصير الشعاع الذي اخترق من الوسيط الأول الشفاف بصريًا إلى الوسط الثاني الشفاف بصريًا؟

أرز. 1. انكسار الضوء

إذا وقع شعاع على الواجهة بين وسيطين شفافين ، فإن جزء من الطاقة الضوئية يعود إلى الوسيط الأول ، مكونًا شعاعًا منعكسًا ، بينما يمر الجزء الآخر إلى الداخل إلى الوسيط الثاني ، وكقاعدة عامة ، يغير اتجاهه.

يسمى التغيير في اتجاه انتشار الضوء في حالة مروره عبر الواجهة بين وسيطين انكسار الضوء(رسم بياني 1).

أرز. 2. زوايا الوقوع والانكسار والانعكاس

في الشكل 2 نرى شعاعًا ساقطًا ، سيتم الإشارة إلى زاوية السقوط بواسطة α. الشعاع الذي سيحدد اتجاه شعاع الضوء المنكسر سيطلق عليه الشعاع المنكسر. الزاوية بين العمود العمودي للواجهة بين الوسائط ، المستعادة من نقطة السقوط ، والشعاع المنكسر تسمى زاوية الانكسار ، في الشكل هذه هي الزاوية γ. لإكمال الصورة ، نعطي أيضًا صورة للشعاع المنعكس ، وبالتالي زاوية الانعكاس β. ما العلاقة بين زاوية السقوط وزاوية الانكسار ، هل من الممكن التنبؤ بمعرفة زاوية السقوط ومن أي وسيط مرت منه الشعاع ، وما هي زاوية الانكسار؟ اتضح أنك تستطيع!

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

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

إن نسبة جيب الزاوية لزاوية السقوط إلى جيب الزاوية لزاوية الانكسار هي قيمة ثابتة لوسائط معينة وتساوي نسبة سرعات الضوء في هذه الوسائط.

يسمى هذا القانون قانون سنيل ، على اسم العالم الهولندي الذي صاغه لأول مرة. سبب الانكسار هو الاختلاف في سرعات الضوء في الوسائط المختلفة. يمكنك التحقق من صحة قانون الانكسار عن طريق توجيه حزمة من الضوء بشكل تجريبي بزوايا مختلفة للواجهة بين وسيطين وقياس زوايا الوقوع والانكسار. إذا غيرنا هذه الزوايا ، وقمنا بقياس الجيب ووجدنا نسب الجيب في هذه الزوايا ، سنقتنع بأن قانون الانكسار صحيح بالفعل.

الدليل على قانون الانكسار باستخدام مبدأ Huygens هو تأكيد آخر لطبيعة موجة الضوء.

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

يُعد معامل الانكسار النسبي دليلًا واضحًا على حقيقة أن سبب التغيير في اتجاه الضوء عند الانتقال من وسيط 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 للوسيط (α> γ)

إذا مرت الشعاع من وسيط بسرعة أعلى للضوء إلى وسيط بسرعة أقل للضوء ، ثم ، كما يتضح من الشكل 3 وقانون انكسار الضوء ، فسيتم ضغطه مقابل العمود العمودي ، أي ، زاوية الانكسار أقل من زاوية السقوط. في هذه الحالة ، يُقال إن الحزمة قد انتقلت من وسط ضوئي أقل كثافة إلى وسط أكثر كثافة بصريًا. مثال: من الهواء إلى الماء ؛ من الماء إلى الزجاج.

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

أرز. 4. الكثافة البصرية للوسيط (α< γ)

بعد ذلك ستكون زاوية الانكسار أكبر من زاوية السقوط ، ويقال إن هذا الانتقال يتم من وسط كثيف بصريًا إلى وسط أقل كثافة بصريًا (من الزجاج إلى الماء).

يمكن أن تختلف الكثافة البصرية لوسيطتين اختلافًا كبيرًا ، لذا يصبح الوضع الموضح في الصورة (الشكل 5) ممكنًا:

أرز. 5. الفرق بين الكثافة الضوئية للوسائط

انتبه إلى كيفية إزاحة الرأس بالنسبة إلى الجسم ، 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 الوسيط الأول والثاني ، ولكن يمكن أن يكون هناك الكثير من هذه المجموعات والتوليفات من وسيطين (ماء - هواء ، زجاج - الماس ، الجلسرين - الكحول ، الزجاج - الماء وهلم جرا). ستكون الجداول مرهقة للغاية ، وسيكون من غير الملائم العمل ، وبعد ذلك تم تقديم بيئة مطلقة واحدة ، مقارنة بسرعة الضوء في البيئات الأخرى. تم اختيار الفراغ على أنه المطلق وتمت مقارنة سرعات الضوء مع سرعة الضوء في الفراغ.

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

يعتبر معامل الانكسار المطلق أكثر ملاءمة للعمل ، لأننا نعرف دائمًا سرعة الضوء في الفراغ ، فهي تساوي 3 · 10 8 m / s وهو ثابت فيزيائي عام.

يعتمد معامل الانكسار المطلق على المعلمات الخارجية: درجة الحرارة ، والكثافة ، وكذلك على الطول الموجي للضوء ، لذلك تشير الجداول عادة متوسطالانكسار لنطاق طول موجي معين. إذا قارنا مؤشرات الانكسار للهواء والماء والزجاج (الشكل 6) ، فسنلاحظ أن معامل الانكسار للهواء قريب من الوحدة ، لذلك سنأخذها كوحدة عند حل المشكلات.

أرز. 6. جدول مؤشرات الانكسار المطلق لوسائط مختلفة

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

معامل الانكسار النسبي ، أي للحزمة التي تمر من متوسط ​​واحد إلى متوسط ​​اثنين ، يساوي نسبة معامل الانكسار المطلق في الوسط الثاني إلى معامل الانكسار المطلق في الوسيط الأول.

على سبيل المثال: = ≈ 1,16

إذا كانت مؤشرات الانكسار المطلقة للوسيطتين متماثلة تقريبًا ، فهذا يعني أن معامل الانكسار النسبي عند المرور من وسيط إلى آخر سيكون مساويًا لواحد ، أي لن ينكسر شعاع الضوء فعليًا. على سبيل المثال ، عند التبديل من زيت اليانسون إلى جوهرةلن ينحرف ضوء البريل عمليًا ، أي أنه سيتصرف كما لو كان يمر عبر زيت اليانسون ، نظرًا لأن معامل انكساره هو 1.56 و 1.57 ، على التوالي ، لذلك يمكن إخفاء الأحجار الكريمة في سائل ، فهي ببساطة لن تكون كذلك مرئي.

إذا صببت الماء في كوب شفاف ونظرت من خلال جدار الزجاج إلى الضوء ، فسنرى لمعانًا فضيًا للسطح بسبب ظاهرة الانعكاس الداخلي الكلي ، والتي هي الآن سيتم مناقشتها. عندما يمر شعاع ضوئي من وسط بصري أكثر كثافة إلى وسط ضوئي أقل كثافة ، يمكن ملاحظة تأثير مثير للاهتمام. من أجل التحديد ، سنفترض أن الضوء ينتقل من الماء إلى الهواء. لنفترض أن هناك مصدر نقطة للضوء S في عمق الخزان ، ينبعث منه أشعة في جميع الاتجاهات. على سبيل المثال ، يضيء الغطاس مصباحًا يدويًا.

الشعاع SO 1 يقع على سطح الماء عند أصغر زاوية ، وينكسر هذا الشعاع جزئيًا - الشعاع O 1 A 1 وينعكس جزئياً مرة أخرى في الماء - الحزمة O 1 B 1. وبالتالي ، يتم نقل جزء من طاقة الحزمة الساقطة إلى الحزمة المنكسرة ، ويتم نقل الجزء المتبقي من الطاقة إلى الحزمة المنعكسة.

أرز. 7. مجموع الانعكاس الداخلي

شعاع SO 2 ، الذي تكون زاوية وقوعه أكبر ، ينقسم أيضًا إلى حزمتين: منكسرة ومنعكسة ، لكن طاقة الحزمة الأصلية موزعة بينهما بطريقة مختلفة: الشعاع المنكسر O 2 A 2 سيكون أغمق من الحزمة O 1 A 1 ، أي أنها ستتلقى جزءًا أصغر من الطاقة ، وستكون الحزمة المنعكسة O 2 V 2 ، على التوالي ، أكثر إشراقًا من الشعاع O 1 V 1 ، أي أنها ستتلقى 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 الشعاع المنكسر. تصبح الحزمة المنكسرة باهتة وتختفي تمامًا في مرحلة ما ، ويحدث هذا الاختفاء عند الوصول إلى زاوية السقوط ، والتي تقابل زاوية انكسار قدرها 90 0. في هذه الحالة ، يجب أن تكون الحزمة المنكسرة OA موازية لسطح الماء ، ولكن لا يوجد شيء يذهب إليه - كل طاقة الحزمة الساقطة SO تذهب بالكامل إلى الحزمة المنعكسة OB. بطبيعة الحال ، مع زيادة أخرى في زاوية السقوط ، فإن الحزمة المنكسرة سوف تكون غائبة. الظاهرة الموصوفة هي انعكاس داخلي كامل ، أي أن الوسط البصري الأكثر كثافة عند الزوايا المدروسة لا يصدر أشعة من نفسه ، بل تنعكس جميعها بداخله. تسمى الزاوية التي تحدث فيها هذه الظاهرة الحد من زاوية الانعكاس الداخلي الكلي.

من السهل العثور على قيمة زاوية التحديد من قانون الانكسار:

= => = قوسين ، للمياه ≈ 49 0

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

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

دعنا نحصل على دليل على قانون انكسار الضوء باستخدام مبدأ Huygens. من المهم أن نفهم أن سبب الانكسار هو الاختلاف في سرعات الضوء في وسيطين مختلفين. دعونا نشير إلى سرعة الضوء في الوسيط الأول V 1 ، وفي الوسط الثاني - V 2 (الشكل 8).

أرز. 8. إثبات قانون انكسار الضوء

دع الطائرة موجة ضوئية. سطح الموجة AC عمودي على الأشعة ، وتصل الواجهة بين الوسائط MN أولاً إلى الحزمة ، وتصل الحزمة إلى نفس السطح بعد فترة زمنية ∆t ، والتي ستكون مساوية للمسار SW مقسومًا على سرعة الضوء في الوسيط الأول.

لذلك ، في الوقت الذي تبدأ فيه الموجة الثانوية عند النقطة B في الإثارة فقط ، فإن الموجة من النقطة A لديها بالفعل شكل نصف كروي نصف قطره AD ، والذي يساوي السرعةمن الضوء في الوسيط الثاني بواسطة ∆t: AD = · t ، أي مبدأ Huygens في العمل المرئي. يمكن الحصول على سطح الموجة لموجة منكسرة عن طريق رسم ظل سطحي لجميع الموجات الثانوية في الوسط الثاني ، والتي تقع مراكزها على السطح البيني بين الوسائط ، وفي هذه الحالة يكون المستوى BD ، وهو غلاف لـ الموجات الثانوية. زاوية السقوط α للشعاع تساوي الزاوية CAB في المثلث ABC ، ​​جوانب إحدى هذه الزوايا متعامدة على جانبي الأخرى. لذلك ، ستساوي SW سرعة الضوء في الوسيط الأول بمقدار t

CB = ∆t = AB sin α

بدورها ، ستكون زاوية الانكسار مساوية للزاوية ABD في المثلث ABD ، لذلك:

AD = ∆t = AB sin γ

بقسمة تعبيرات المصطلح على المصطلح ، نحصل على:

n هي قيمة ثابتة لا تعتمد على زاوية السقوط.

لقد حصلنا على قانون انكسار الضوء ، وجيب زاوية السقوط لجيب زاوية الانكسار هو قيمة ثابتة للوسيطين المعينين وتساوي نسبة سرعات الضوء في الوسيطين المعينين.

توجد إناء مكعبة ذات جدران غير شفافة بحيث لا ترى عين المراقب قاعها ، ولكنها ترى جدار الوعاء المضغوط تمامًا. ما هي كمية الماء التي يجب سكبها في الإناء حتى يتمكن المراقب من رؤية الجسم F الموجود على مسافة b = 10 سم من الزاوية D؟ حافة السفينة α = 40 سم (الشكل 9).

ما هو المهم جدا في حل هذه المشكلة؟ خمن بما أن العين لا ترى قاع الإناء بل ترى نقطة متطرفةالجدار الجانبي ، والسفينة عبارة عن مكعب ، فإن زاوية سقوط الشعاع على سطح الماء ، عندما نسكبه ، ستكون 45 0.

أرز. 9. مهمة الامتحان

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

tg β = = ، h هو ارتفاع السائل الذي سكبهنا ؛

تُستخدم أكثر ظاهرة الانعكاس الداخلي الكلي كثافة في أنظمة الألياف البصرية.

أرز. 10. الألياف الضوئية

إذا تم توجيه شعاع من الضوء إلى نهاية أنبوب زجاجي صلب ، فبعد الانعكاس الداخلي الكلي المتعدد ، ستظهر الحزمة من الجانب المقابل للأنبوب. لقد أتضح أن أنبوب زجاجي- موصل لموجة ضوئية أو دليل موجي. سيحدث هذا سواء كان الأنبوب مستقيمًا أو منحنيًا (الشكل 10). تم استخدام أدلة الإضاءة الأولى ، وهذا هو الاسم الثاني لأدلة الموجة ، للتمييز الأماكن التي يصعب الوصول إليها(عند إجراء بحث طبي ، عندما يتم توفير الضوء إلى أحد طرفي دليل الضوء ، ويضيء الطرف الآخر المكان الصحيح). التطبيق الرئيسي هو الطب ، وتنظير عيوب المحركات ، ومع ذلك ، فإن مثل هذه الأدلة الموجية تستخدم على نطاق واسع في أنظمة نقل المعلومات. تردد الموجة الحاملة عند إرسال إشارة بموجة ضوئية أعلى بملايين المرات من تردد إشارة الراديو ، مما يعني أن كمية المعلومات التي يمكننا نقلها بموجة ضوئية تبلغ ملايين المرات كمية أكبرالمعلومات التي تنقلها موجات الراديو. هذه فرصة رائعة لنقل كمية هائلة من المعلومات بشكل بسيط و بطريقة غير مكلفة. كقاعدة عامة ، يتم نقل المعلومات عبر كابل ليفي 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) - M: Mnemozina، 2012.
2. جيندينشتاين إل إي ، ديك يو. الصف العاشر في الفيزياء. - م: Mnemosyne ، 2014.
3. كيكوين آي كيه ، كيكوين إيه كيه. فيزياء - 9 ، موسكو ، تعليم ، 1990.

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

العمل في المنزل

1. حدد انكسار الضوء.
2. قم بتسمية سبب انكسار الضوء.
3. قم بتسمية التطبيقات الأكثر شيوعًا للتأمل الداخلي الكلي.

عندما تنتشر الموجات في وسط ، بما في ذلك الموجات الكهرومغناطيسية ، لإيجاد جبهة موجة جديدة في أي وقت ، استخدم مبدأ Huygens.

كل نقطة في مقدمة الموجة هي مصدر للموجات الثانوية.

في وسط متناحي الخواص ، يكون لأسطح الموجات الثانوية شكل كرات نصف قطرها v × Dt ، حيث v هي سرعة انتشار الموجة في الوسط. من خلال إجراء غلاف مقدمات الموجات للموجات الثانوية ، نحصل على مقدمة موجة جديدة في وقت معين (الشكل 7.1 ، أ ، ب).

قانون التفكير

باستخدام مبدأ Huygens ، يمكن للمرء أن يثبت قانون انعكاس الموجات الكهرومغناطيسية عند السطح البيني بين عازلين كهربائيين.

زاوية السقوط تساوي زاوية الانعكاس. يقع الحادث والأشعة المنعكسة ، جنبًا إلى جنب مع العمودي على السطح البيني بين عازلين ، في نفس المستوى.Ð أ = Ð ب. (7.1)

دع موجة ضوئية مستوية تسقط على سطح بيني SD مسطح بين وسيطين (الحزمة 1 و 2 ، الشكل 7.2). تسمى الزاوية a بين الشعاع والعمودي على LED بزاوية السقوط. إذا وصلت مقدمة الموجة الحادثة OB في وقت معين إلى النقطة O ، عندئذٍ ، وفقًا لمبدأ Huygens ، هذه النقطة

أرز. 7.2

يبدأ في إشعاع موجة ثانوية. خلال الوقت Dt = IN 1 / v تصل الحزمة العارضة 2 إلى t. O 1. خلال نفس الوقت ، تصل مقدمة الموجة الثانوية ، بعد الانعكاس في النقطة O ، المنتشرة في نفس الوسط ، إلى نقاط نصف الكرة ، نصف قطر OA \ u003d v Dt \ u003d BO 1. تم تصوير مقدمة الموجة الجديدة بواسطة المستوي AO 1 ، ويمثل اتجاه الانتشار بالحزمة OA. تسمى الزاوية ب زاوية الانعكاس. من المساواة بين المثلثين OAO 1 و OBO 1 ، يتبع قانون الانعكاس: زاوية السقوط تساوي زاوية الانعكاس.

قانون الانكسار

الوسط المتجانس بصريا 1 يتميز بـ , (7.2)

النسبة n 2 / n 1 \ u003d n 21 (7.4)

مُسَمًّى

(7.5)

للفراغ ن = 1.

بسبب التشتت (ترددات الضوء n »10 14 هرتز) ، على سبيل المثال ، للمياه n = 1.33 ، وليس n = 9 (e = 81) ، على النحو التالي من الديناميكا الكهربائية للترددات المنخفضة. إذا كانت سرعة انتشار الضوء في الوسيط الأول هي v 1 ، وفي الثانية - v 2 ،

أرز. 7.3

ثم خلال الوقت Dt لموجة الطائرة الساقطة التي تعبر المسافة AO 1 في الوسيط الأول AO 1 = v 1 Dt. تصل مقدمة الموجة الثانوية ، المثارة في الوسط الثاني (وفقًا لمبدأ Huygens) ، إلى نقاط نصف الكرة ، نصف قطرها OB = v 2 Dt. يتم تصوير الجبهة الجديدة للموجة المنتشرة في الوسط الثاني بالمستوى BO 1 (الشكل 7.3) ، ويتم تمثيل اتجاه انتشارها بواسطة الأشعة OB و O 1 C (عموديًا على مقدمة الموجة). الزاوية ب بين الشعاع OB والعادي للواجهة بين عازلين 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.

يعبر موقفهم قانون الانكسار(قانون سنيل):

. (7.6)

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

انعكاس داخلي كامل

أرز. 7.4

وفقًا لقانون الانكسار ، عند السطح البيني بين وسيطين ، يمكن للمرء أن يلاحظ انعكاس داخلي كامل، إذا كانت n 1> n 2 ، أي Рb> Рa (الشكل 7.4). لذلك ، هناك زاوية محددة من الحدوث Ða pr عندما Ðb = 90 0. ثم يأخذ قانون الانكسار (7.6) الشكل التالي:

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

مع زيادة أخرى في زاوية السقوط Ða> Ða pr ، ينعكس الضوء تمامًا من الواجهة بين وسيطين.

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

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

في عمليات الموجة الكلاسيكية ، مثل ظاهرة الانعكاس الداخلي الكلي للموجات الكهرومغناطيسية ، لوحظت ظواهر مشابهة لتأثير النفق في ميكانيكا الكم، والتي ترتبط بخصائص الموجة الجسدية للجسيمات.

في الواقع ، أثناء انتقال الضوء من وسط إلى آخر ، لوحظ انكسار الضوء المرتبط بتغيير سرعة انتشاره في الوسائط المختلفة. في الواجهة بين وسيطين ، يتم تقسيم شعاع الضوء إلى قسمين: منكسر ومنعكس.

يسقط شعاع من الضوء عموديًا على الوجه 1 لمنشور زجاجي مستطيل متساوي الساقين ، ودون أن ينكسر ، يسقط على الوجه 2 ، ويلاحظ الانعكاس الداخلي الكلي ، لأن زاوية السقوط (Ða = 45 0) للشعاع على الوجه 2 هي أكبر من الزاوية المحددة للانعكاس الداخلي الكلي (للزجاج n 2 = 1.5 ؛ Ða العلاقات العامة = 42 0).

إذا تم وضع نفس المنشور على مسافة معينة H ~ l / 2 من الوجه 2 ، فسيمر شعاع الضوء من خلال الوجه 2 * ويخرج من المنشور من خلال الوجه 1 * بالتوازي مع سقوط الحزمة على الوجه 1. كثافة J من يتناقص تدفق الضوء المرسل بشكل كبير مع زيادة الفجوة بين المنشور وفقًا للقانون:

,

حيث w هي بعض احتمالية مرور الحزمة إلى الوسط الثاني ؛ د هو معامل يعتمد على معامل الانكسار للمادة ؛ l الطول الموجي للضوء الساقط

لذلك ، فإن تغلغل الضوء في المنطقة "المحرمة" هو تشبيه بصري لتأثير النفق الكمي.

إن ظاهرة الانعكاس الداخلي الكلي مكتملة بالفعل ، لأنه في هذه الحالة تنعكس كل طاقة الضوء الساقط على السطح البيني بين وسيطين أكثر مما تنعكس ، على سبيل المثال ، من سطح المرايا المعدنية. باستخدام هذه الظاهرة ، يمكن للمرء أن يتتبع تشبيهًا آخر بين انكسار الضوء وانعكاسه ، من ناحية ، وإشعاع فافيلوف-شيرينكوف من ناحية أخرى.

التداخل الموجي

7.2.1. دور النواقل و

في الممارسة العملية ، يمكن أن تنتشر عدة موجات في وقت واحد في وسائل الإعلام الحقيقية. نتيجة لإضافة الأمواج ، لوحظ عدد من الظواهر المثيرة للاهتمام: التداخل والحيود والانعكاس وانكسار الموجاتإلخ.

هذه الظواهر الموجية مميزة ليس فقط للموجات الميكانيكية ، ولكن أيضًا للموجات الكهربائية والمغناطيسية والضوء وما إلى ذلك. الجسيمات الأوليةالتي تم إثباتها بواسطة ميكانيكا الكم.

يُطلق على إحدى الظواهر الموجية الأكثر إثارة للاهتمام ، والتي تُلاحظ عندما تنتشر موجتان أو أكثر في وسط ما ، التداخل. الوسط المتجانس بصريا 1 يتميز بـ مؤشر مطلقالانكسار , (7.8)

حيث c هي سرعة الضوء في الفراغ ؛ الخامس 1 - سرعة الضوء في الوسيط الأول.

يتميز المتوسط ​​2 بمعامل الانكسار المطلق

حيث v 2 هي سرعة الضوء في الوسيط الثاني.

النسبة (7.10)

مُسَمًّى مؤشر نسبيانكسار الوسيط الثاني بالنسبة إلى الأول.للعوازل الشفافة ، حيث م = 1 ، باستخدام نظرية ماكسويل ، أو

حيث e 1، e 2 هي سماح الوسيط الأول والثاني.

بالنسبة للفراغ ، n = 1. بسبب التشتت (ترددات الضوء n »10 14 هرتز) ، على سبيل المثال ، للمياه ، n = 1.33 ، وليس n = 9 (e = 81) ، على النحو التالي من الديناميكا الكهربية للترددات المنخفضة. الضوء موجات كهرومغناطيسية. لذلك ، يتم تحديد المجال الكهرومغناطيسي بواسطة المتجهات والتي تميز قوى المجالين الكهربائي والمغناطيسي ، على التوالي. ومع ذلك ، في العديد من عمليات تفاعل الضوء مع المادة ، مثل تأثير الضوء على أعضاء الرؤية والخلايا الضوئية والأجهزة الأخرى ، فإن الدور الحاسم ينتمي 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 المشكلات المتعلقة بانتشار الضوء ، يمكن للمرء استخدام قوانين البصريات الهندسية بناءً على مفهوم الحزمة الضوئية كخط تنتشر على طوله طاقة الموجة الضوئية. في وسط متجانس ، تكون أشعة الضوء مستقيمة. البصريات الهندسية هي الحالة المحدودة لبصريات الموجة حيث يميل الطول الموجي إلى الصفر (λ →0).

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

قوانين التأمل

انعكاس الضوء- ظاهرة تحدث عند السطح البيني بين وسيطين ، ونتيجة لذلك ، يغير شعاع الضوء اتجاه انتشاره ، ويبقى في الوسط الأول. تعتمد طبيعة الانعكاس على النسبة بين الأبعاد (ح) لعدم انتظام السطح العاكس وطول الموجة (λ) إشعاع الحادث.

انعكاس منتشر

عندما يتم تحديد المخالفات بشكل عشوائي ، وتكون أحجامها بترتيب الطول الموجي أو تتجاوزه ، فهناك انعكاس منتشر- تشتت الضوء في اتجاهات مختلفة. بسبب الانعكاس المنتشر ، تصبح الأجسام غير المضيئة مرئية عندما ينعكس الضوء من أسطحها.

انعكاس المرآة

إذا كانت أبعاد المخالفات صغيرة مقارنة بطول الموجة (h<< λ), то возникает направленное, или مرآة،انعكاس الضوء (الشكل 23.1). في هذه الحالة ، يتم استيفاء القوانين التالية.

تقع الحزمة الساقطة والحزمة المنعكسة والعادي للواجهة بين وسيطين ، المرسومة من خلال نقطة وقوع الحزمة ، في نفس المستوى.

زاوية الانعكاس تساوي زاوية السقوط:β = أ.

أرز. 23.1.مسار الأشعة في انعكاس مرآوي

قوانين الانكسار

عندما يسقط شعاع ضوئي على الواجهة بين وسيطين شفافين ، فإنه ينقسم إلى حزمتين: انعكاس و منكسر(الشكل 23.2). تنتشر الحزمة المنكسرة في الوسط الثاني ، وتغير اتجاهها. السمة البصرية للوسيط هي مطلق

أرز. 23.2.مسار الأشعة عند الانكسار

معامل الانكساروالتي تساوي نسبة سرعة الضوء في الفراغ إلى سرعة الضوء في هذا الوسط:

يعتمد اتجاه الحزمة المنكسرة على نسبة مؤشرات الانكسار للوسيطتين. تم استيفاء قوانين الانكسار التالية.

تقع الحزمة الساقطة والحزمة المنكسرة والعادي للواجهة بين وسيطين ، المرسومة من خلال نقطة وقوع الحزمة ، في نفس المستوى.

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

23.2. انعكاس داخلي كامل. الألياف البصرية

ضع في اعتبارك انتقال الضوء من وسيط ذي معامل انكسار عالٍ n 1 (أكثر كثافة بصريًا) إلى وسط بمؤشر انكسار أقل ن 2 (بصريًا أقل كثافة). يوضح الشكل 23.3 حادث الأشعة على السطح البيني الزجاجي. بالنسبة للزجاج ، معامل الانكسار n 1 = 1.52 ؛ للهواء ن 2 = 1.00.

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

تؤدي زيادة زاوية السقوط إلى زيادة زاوية الانكسار حتى تصبح زاوية الانكسار 90 درجة. مع زيادة أخرى في زاوية السقوط ، لا تنكسر الحزمة الساقطة ، ولكن تماماينعكس من الواجهة. هذه الظاهرة تسمى انعكاس داخلي كامل.يتم ملاحظته عندما يسقط الضوء من وسط أكثر كثافة على الحدود بوسط أقل كثافة ويتكون مما يلي.

إذا تجاوزت زاوية السقوط الزاوية المحددة لهذه الوسائط ، فلا يوجد انكسار في الواجهة وينعكس الضوء الساقط تمامًا.

يتم تحديد زاوية الحد من الحدوث من خلال العلاقة

مجموع شدة الحزم المنعكسة والمنكسرة يساوي شدة الحزمة الساقطة. مع زيادة زاوية السقوط ، تزداد شدة الحزمة المنعكسة ، بينما تنخفض شدة الحزمة المنكسرة ، وتصبح زاوية الحد المحددة تساوي الصفر.

الألياف البصرية

يتم استخدام ظاهرة الانعكاس الداخلي الكلي في أدلة الإضاءة المرنة.

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

في أدلة الإضاءة الحديثة ، يكون فقدان الضوء نتيجة امتصاصه ضئيلًا جدًا (في حدود 10٪ لكل كيلومتر) ، مما يجعل من الممكن استخدامها في أنظمة اتصالات الألياف الضوئية. في الطب ، تُستخدم حزم من أدلة الضوء الرفيعة لعمل مناظير داخلية ، والتي تُستخدم للفحص البصري للأعضاء الداخلية المجوفة (الشكل 23.5). يصل عدد الألياف في المنظار إلى مليون.

بمساعدة قناة توجيه ضوئية منفصلة ، موضوعة في حزمة مشتركة ، ينتقل إشعاع الليزر لغرض التأثيرات العلاجية على الأعضاء الداخلية.

أرز. 23.4.انتشار أشعة الضوء عبر الألياف

أرز. 23.5.المنظار

توجد أيضًا أدلة إرشادية للضوء الطبيعي. على سبيل المثال ، في نباتات عشبيةيلعب الجذع دور دليل الضوء الذي يسلط الضوء على الجزء الموجود تحت الأرض من النبات. تشكل خلايا الجذع أعمدة متوازية ، تذكرنا بتصميم أدلة الإضاءة الصناعية. لو

لإلقاء الضوء على مثل هذا العمود ، وفحصه بالمجهر ، من الواضح أن جدرانه تظل مظلمة ، وداخل كل خلية مضاءة بشكل ساطع. لا يتجاوز عمق إيصال الضوء بهذه الطريقة 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 حذفه).

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

بالمرور عبر العدسة ، يغير شعاع الضوء اتجاهه - ينحرف. إذا كان الانحراف إلى الجانب المحور البصري،ثم تسمى العدسة جمعوإلا فإن العدسة تسمى تشتت.

أي حادث شعاع على عدسة متقاربة موازية للمحور البصري ، بعد الانكسار ، يمر عبر نقطة على المحور البصري (F) ، تسمى التركيز الأساسى(الشكل 23.6 ، أ). لعدسة متباينة ، من خلال يمر التركيز استمرارشعاع منكسر (الشكل 23.6 ، ب).

كل عدسة لها بؤرتان تقعان على جانبيها. المسافة من التركيز إلى مركز العدسة تسمى البعد البؤري الرئيسي(F).

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

في معادلات الحساب ، تؤخذ f بعلامة "+" لـ تجمعالعدسات مع علامة "-" تشتتالعدسات.

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

قوة بصريةعدسة رقيقة و البعد البؤريتعتمد على نصف قطر الكرات ومعامل انكسار مادة العدسة بالنسبة إلى بيئة:

حيث R 1 ، R 2 - نصف قطر انحناء أسطح العدسة ؛ ن هو معامل الانكسار لمادة العدسة بالنسبة للبيئة ؛ تم أخذ علامة "+" ل محدبالسطح ، وعلامة "-" - لـ مقعر.قد يكون أحد الأسطح مستويًا. في هذه الحالة ، خذ R = ∞ , 1 / ص = 0.

تستخدم العدسات لالتقاط الصور. ضع في اعتبارك كائنًا يقع بشكل عمودي على المحور البصري للعدسة المتقاربة ، وقم ببناء صورة للنقطة العلوية أ. وستكون صورة الكائن بأكمله أيضًا متعامدة مع محور العدسة. اعتمادًا على موضع الجسم بالنسبة للعدسة ، يمكن أن تكون حالتان من انكسار الأشعة ، كما هو موضح في الشكل. 23.7.

1. إذا تجاوزت المسافة من الجسم إلى العدسة البعد البؤري ، فإن الأشعة المنبعثة من النقطة A ، بعد المرور عبر العدسة تتقاطععند النقطة أ ، وهو ما يسمى الصورة الفعلية.يتم 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 المرور عبر العدسة سباق-

أرز. 23.7.صور حقيقية (أ) وخيالية (ب) مقدمة من عدسة متقاربة

يمشى بلجواروعند النقطة (أ) "تتقاطع امتداداتهما. وتسمى هذه النقطة صورة خيالية.يتم الحصول على الصورة التخيلية مباشر.

تعطي العدسة المتباينة صورة افتراضية لكائن في جميع مواضعه (الشكل 23.8).

أرز. 23.8.صورة افتراضية من خلال عدسة متباينة

لحساب الصورة المستخدمة صيغة العدسةالذي يقيم صلة بين الأحكام نقاطوهي الصور

أين و هو البعد البؤري (لعدسة متباينة هو سلبي) 1 - المسافة من الجسم إلى العدسة ؛ 2 هي المسافة من الصورة إلى العدسة (يتم التقاط علامة "+" لصورة حقيقية ، وعلامة "-" لصورة افتراضية).

أرز. 23.9خيارات صيغة العدسة

يتم استدعاء نسبة حجم الصورة إلى حجم الكائن زيادة خطية:

يتم حساب الزيادة الخطية بالصيغة ك = أ 2 / أ 1. عدسة (حتى رفيع)سيعطي الصورة "الصحيحة" طاعة صيغة العدسةفقط إذا تم استيفاء الشروط التالية:

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

عند استخدام عدسات التصوير حقيقيالموضوعات ، هذه القيود ، كقاعدة عامة ، لم تتحقق: هناك تشتت ؛ تقع بعض نقاط الجسم بعيدًا عن المحور البصري ؛ أشعة الضوء الساقط ليست مجهولة ، العدسة ليست رقيقة. كل هذا يؤدي إلى تشوهالصور. لتقليل تشوه العدسة الأجهزة البصريةمصنوعة من عدة عدسات تقع بالقرب من بعضها البعض. القوة البصرية لمثل هذه العدسة تساوي مجموع القوى البصرية للعدسات:

23.4. انحرافات العدسة

الانحرافاتهو اسم عام لأخطاء الصور التي تحدث عند استخدام العدسات. الانحرافات (من اللاتينية "aberratio"- الانحراف) ، والتي تظهر فقط في ضوء غير أحادي اللون ، تسمى لوني.جميع أنواع الانحرافات الأخرى أحادي اللونلأن مظهرها لا يرتبط بالتركيب الطيفي المعقد للضوء الحقيقي.

1. انحراف كروي- أحادي اللونانحراف بسبب حقيقة أن الأجزاء المتطرفة (المحيطية) من العدسة تنحرف عن الأشعة القادمة من مصدر نقطي بقوة أكبر من الجزء المركزي منها. نتيجة لذلك ، تتشكل المناطق الطرفية والمركزية للعدسة صور مختلفة(S 2 و S "2 ، على التوالي) من مصدر 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. اللابؤرية- أحادي اللونالانحراف ، الذي يتكون من حقيقة أن صورة نقطة لها شكل بقعة بيضاوية ، والتي ، في مواضع معينة من مستوى الصورة ، تتدهور إلى قطعة.

الحزم المائلة اللابؤريةيتجلى عندما تصنع الأشعة المنبعثة من نقطة زوايا مهمة مع المحور البصري. في الشكل 23.11 ، يوجد مصدر النقطة على المحور البصري الثانوي. في هذه الحالة ، تظهر صورتان في شكل مقاطع من خطوط مستقيمة متعامدة مع بعضها البعض في المستويين الأول والثاني. لا يمكن الحصول على صورة المصدر إلا في شكل بقعة ضبابية بين المستويين الأول والثاني.

اللابؤرية بسبب عدم التناسقالنظام البصري. يحدث هذا النوع من اللابؤرية عندما ينكسر تناظر النظام البصري فيما يتعلق بشعاع الضوء بسبب تصميم النظام نفسه. مع هذا الانحراف ، تخلق العدسات صورة يكون فيها الملامح والخطوط الموجهة في اتجاهات مختلفة لها حدة مختلفة. لوحظ هذا في العدسات الأسطوانية (الشكل 23.11 ، ب).

تشكل العدسة الأسطوانية صورة خطية لجسم نقطي.

أرز. 23.11.اللابؤرية: الحزم المائلة (أ) ؛ بسبب أسطواني العدسة (ب)

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

3. تشويه(تشوه). عندما تصنع الأشعة المرسلة من الجسم زاوية كبيرة مع المحور البصري ، يتم العثور على نوع آخر أحادي اللونالانحرافات - تشوه.في هذه الحالة ، يتم انتهاك التشابه الهندسي بين الكائن والصورة. والسبب هو أن التكبير الخطي الذي تعطيه العدسة يعتمد في الواقع على زاوية سقوط الأشعة. نتيجة لذلك ، تأخذ صورة الشبكة المربعة إما وسادة-،أو على شكل برميلعرض (الشكل 23.12).

لمكافحة التشويه ، يتم تحديد نظام عدسة مع تشويه معاكس.

أرز. 23.12.تشويه: أ - مدبسة ، ب - برميل

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

سبب الانحراف اللوني هو اعتماد معامل الانكسار للمادة على الطول الموجي للضوء الساقط (التشتت). لتصحيح هذا الانحراف في البصريات ، يتم استخدام العدسات المصنوعة من النظارات ذات التشتتات المختلفة (الأكرومات ، الأبوكرومات).

أرز. 23.13.انحراف لوني

23.5. المفاهيم والصيغ الأساسية

استمرار الجدول

نهاية الجدول

23.6. مهام

1. لماذا لمعان فقاعات هواءفي الماء؟

إجابة:بسبب انعكاس الضوء على واجهة الماء والهواء.

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

إجابة:يعمل الماء الموجود في الزجاج كعدسة أسطوانية متقاربة. نرى صورة خيالية مكبرة.

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: f = 33 سم.

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

6. كيف يمكنك تحديد البعد البؤري للعدسة المتقاربة في طقس صافٍ؟

حل

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

7. بالنسبة لعدسة ذات طول بؤري 20 سم ، ابحث عن مسافات الجسم التي سيكون فيها الحجم الخطي للصورة الفعلية: أ) ضعف حجم الجسم ؛ ب) مساوية لحجم الكائن ؛ ج) نصف حجم الجسم.

8. القوة البصرية للعدسة بالنسبة لشخص يتمتع برؤية طبيعية هي 25 ديوبتر. معامل الانكسار 1.4. احسب نصف قطر انحناء العدسة إذا كان من المعروف أن نصف قطر الانحناء هو ضعف الآخر.

انعكاس داخلي كامل

انعكاس داخلي- ظاهرة انعكاس الموجات الكهرومغناطيسية من السطح البيني بين وسيطين شفافين بشرط أن تسقط الموجة من وسط ذي معامل انكسار أعلى.

انعكاس داخلي غير كامل- الانعكاس الداخلي بشرط أن تكون زاوية السقوط أقل من الزاوية الحرجة. في هذه الحالة ، تنقسم الحزمة إلى منكسرة ومنعكسة.

انعكاس داخلي كامل- الانعكاس الداخلي ، بشرط أن تتجاوز زاوية السقوط زاوية حرجة معينة. في هذه الحالة ، تنعكس الموجة الساقطة تمامًا ، وتتجاوز قيمة معامل الانعكاس أعلى قيمها للأسطح المصقولة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن معامل الانعكاس للانعكاس الداخلي الكلي لا يعتمد على طول الموجة.

لوحظت هذه الظاهرة الضوئية لمجموعة واسعة من الإشعاع الكهرومغناطيسي بما في ذلك نطاق الأشعة السينية.

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

وفقًا لنظرية الموجة للظاهرة ، فإن الموجة الكهرومغناطيسية تخترق الوسط الثاني - تنتشر هناك ما يسمى بـ "الموجة غير المنتظمة" ، والتي تتحلل أسيًا ولا تحمل معها الطاقة. العمق المميز لاختراق موجة غير متجانسة في الوسط الثاني يكون بترتيب الطول الموجي.

انعكاس الضوء الداخلي الكلي

ضع في اعتبارك الانعكاس الداخلي باستخدام مثال حادث شعاعين أحادي اللون على الواجهة بين وسيطين. تحدث الأشعة من منطقة وسط أكثر كثافة (يشار إليها بظلام أغمق اللون الأزرق) مع معامل انكسار للحد مع وسط أقل كثافة (المشار إليه باللون الأزرق الفاتح) مع معامل انكسار.

يقع الشعاع الأحمر بزاوية ، أي عند حدود الوسائط ، فإنها تنقسم - تنكسر جزئيًا وتنعكس جزئيًا. جزء من الشعاع ينكسر بزاوية.

يسقط الضوء الأخضر وينعكس تمامًا src = "/ pictures / wiki / files / 100 /.png" border = "0">.

انعكاس داخلي كلي في الطبيعة والتكنولوجيا

انعكاس الأشعة السينية

الانكسار الأشعة السينية Kumakhov ، الذي طور مرآة الأشعة السينية ، وأثبت ذلك نظريًا من قبل 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 مناطق مختلفة اللزوجة أو الكثافة.

لوحظت ظواهر مشابهة لتأثير الانعكاس الداخلي الكلي للإشعاع الكهرومغناطيسي لحزم النيوترونات البطيئة.

إذا سقطت موجة مستقطبة رأسيًا على السطح البيني بزاوية بروستر ، فسيتم ملاحظة تأثير الانكسار الكامل - لن يكون هناك موجة منعكسة.

ملحوظات

مؤسسة ويكيميديا. 2010.

• نفسا كاملا
• التغيير الكامل

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

انعكاس داخلي كامل- انعكاس البريد الإلكتروني. ماغن. الإشعاع (على وجه الخصوص ، الضوء) عندما يسقط على السطح البيني بين وسيطين شفافين من وسيط بمؤشر انكسار عالٍ. دبوس. س. يتم تنفيذه عندما تتجاوز زاوية السقوط أنا زاوية محددة (حرجة) معينة ... موسوعة فيزيائية

انعكاس داخلي كامل- انعكاس داخلي كامل. عندما يمر الضوء من وسط مع n1> n2 ، يحدث الانعكاس الداخلي الكلي إذا كانت زاوية السقوط a2> apr ؛ بزاوية الحدوث a1 قاموس موسوعي مصور

انعكاس داخلي كامل- انعكاس الإشعاع البصري (انظر الإشعاع البصري) (الضوء) أو الإشعاع الكهرومغناطيسي بمدى مختلف (على سبيل المثال ، موجات الراديو) عندما يسقط على السطح البيني بين وسيطين شفافين من وسيط ذي معامل انكسار عالٍ ... .. . الموسوعة السوفيتية العظمى

انعكاس داخلي كامل- الموجات الكهرومغناطيسية ، وتحدث عندما تنتقل من وسط ذو معامل انكسار عالٍ n1 إلى وسيط بمؤشر انكسار أقل n2 بزاوية وقوع تتجاوز زاوية الحد apr ، التي تحددها النسبة sinapr = n2 / n1. مكتمل… … الموسوعة الحديثة

انعكاس داخلي كامل- انعكاس داخلي إجمالي ، انعكاس بدون انكسار للضوء عند الحدود. عندما يمر الضوء من وسط أكثر كثافة (مثل الزجاج) إلى وسط أقل كثافة (ماء أو هواء) ، توجد منطقة من زوايا الانكسار لا يمر فيها الضوء عبر الحدود ... القاموس الموسوعي العلمي والتقني

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

انعكاس داخلي كامل- تحدث الموجات الكهرومغناطيسية عندما تسقط بشكل غير مباشر على السطح البيني بين وسيطين ، عندما يمر الإشعاع من وسيط بمؤشر انكسار عالٍ n1 إلى وسيط بمؤشر انكسار أقل n2 ، وزاوية السقوط i تتجاوز الزاوية المحددة ... ... قاموس موسوعي كبير

انعكاس داخلي كامل- الموجات الكهرومغناطيسية ، تحدث مع حدوث مائل على السطح البيني بين وسيطين ، عندما ينتقل الإشعاع من وسيط بمؤشر انكسار عالٍ n1 إلى وسيط بمؤشر انكسار أقل n2 ، وزاوية السقوط i تتجاوز الزاوية المحددة ipr .. . قاموس موسوعي