انكسار الضوء

انكسار الضوء


المصطلحات

انكسار الضوء
هو تغير اتجاه الشعاع الضوئي عندما يجتاز السطح الفاصل بين وسطين شفافين مختلفين

الكثافة الضوئية لوسط ما
هو المقدار الذي يميز اعتماد سرعة انتشار الضوء على نوع الوسط وتقاس بالقيمة العددية لمعامل الانكسار المطلق للوسط أو هي قدرة الوسط على كسر الأشعة الضوئية عند نفاذها فيه

السطح الفاصل
هو السطح الذي يفصل بين وسطين شفافين مختلفين في الكثافة الضوئية

الشعاع الضوئي الساقط
هو الشعاع المتجه الى السطح الفاصل ويقابله في نقطة السقوط

زاوية السقوط
هي الزاوية المحصورة بين الشعاع الضوئي الساقط والعمود المقام من نقطة السقوط على السطح الفاصل

الشعاع الضوئي المنكسر
هو المسار الجديد للشعاع الضوئي في الوسط الثاني بعد نفاذه من السطح الفاصل

زاوية الانكسار
هي الزاوية المحصورة بين الشعاع الضوئي المنكسر والعمود المقام من نقطة السقوط على السطح الفاصل

قانون الانكسار الأول
نسبة جيب زاوية السقوط الى جيب زاوية الانكسار لوسطين معينين هي مقدار ثابت يعرف بمعامل الانكسار النسبي بين الوسطين

قانون الانكسار الثاني
يقع الشعاع الساقط والشعاع المنكسر في مستوى واحد مع العمود المقام من نقطة سقوط الشعاع على السطح الفاصل بين الوسطين

معامل الانكسار النسبي بين وسطين
هو النسبة بين سرعة الضوء في الوسط الأول وسرعة الضوء في الوسط الثاني

معامل الانكسار المطلق لوسط
هو النسبة بين سرعة الضوء في الفراغ أو الهواء وسرعة الضوء في هذا الوسط
n=c/v بحيث ان n هو معامل الانكسار, c هو سرعة الضوء (ثابت) وv هو سرعة الضوء في المادة

وامثلة على اختلاف معاملات الانكسار في المواد المختلفه هو اختلاف زاوية الانكسار:



قانون سنل
ناتج ضرب معامل الانكسار المطلق للوسط الأول في جيب زاوية السقوط يساوي ناتج ضرب معامل الانكسار المطلق للوسط الثاني في جيب زاوية الانكسار اي

بحيث ان :



ملاحظات هامة

1 - من القانون الأول يتضح أن بزيادة زاوية السقوط تزداد زاوية الانكسار ولكن ليس بصورة متناسبة

2- للشعاعين الساقط والمنكسر خاصية انعكاسية

3- عند عبور شعاع الضوء من وسط كثافته البصرية أقل - السرعة فيه أعلى - الى وسط كثافته البصرية أعلى - السرعة فيه أقل - فانه ينكسر مقتربا من العمود

4- عند عبور شعاع الضوء من وسط السرعة فيه أقل الى وسط السرعة فيه أعلى - من ماء الى هواء - فان الشعاع ينكسر مبتعدا عن العمود ومقتربا من السطح الفاصل وفي هذه الحالة يكون معامل الانكسار النسبي بين الماء والهواء أصغر من الواحد وهذا الذي يفسر النقص الظاهري لعمق خزان الماء عندما ينظر الانسان الى الماء

5 - اذا سقطت الأشعة الضوئية على السطح الفاصل بين وسطين شفافين بصورة عمودية فانها تنفذ الى الوسط الثاني دون أن تنكسر


6- عند سقوط حزمة ضوء رفيعة من الهواء الى الماء نلاحظ أنه في نقطة السقوط ينعكس جزء من الضوء وينفذ الجزء الاخر في الماء منكسرا وبالتالي تكون هناك زاوية سقوط وزاوية انعكاس وزاوية انكسار ونسأل هنا سؤال كم من الطاقة التي ينقلها الاشعاع الى السطح الفاصل بين الوسطين تؤخذ من قبل الاشعة المنعكسة وكم من الطاقة تؤخذ من قبل الاشعة المنكسرة ؟ للاجابة على هذا السؤال نفرض أن الاشعاع يحمل الى نقطة السقوط خلال فترة زمنية معينة طاقة ولتكن E بعد ذلك تنقسم هذه الطاقة فيكون نصيب الاشعة المنعكسة منها E refl بينما نصيب الاشعة المنكسرة E refr ومن قانون حفظ الطاقة نجد أن الطاقة الساقطة تساوي مجموع الطاقتين التي تحملها الاشعة المنعكسة والتي تحملها الاشعة المنكسرة وبما أن كل وسط ما عدا الفراغ يمتص من طاقة الاشعاع اذا لا تصلح هذه المساوة الا عند القياس بالقرب من نقطة السقوط فاذا عبر الشعاع الضوئي لمسافات كبيرة من الوسط ولم يضعف الا بشيء صغير نسمي هذا الوسط وسطا شفافا مثل الزجاج والماء والكحول وبالعكس تمتص المعادن بشدة كبيرة الاشعاع الضوئي الذي ينفذ اليها بمعنى أنها ليست شفافة بالنسبة له وتعكس القسم الاعظم من الاشعاعات التي تسقط عليها ونلاحظ هنا أن كل وسط بدرجة أو بأخرى يعكس ويمتص الاشعاع الضوئي ويعتمد انعكاس وامتصاص الاشعاع الساقط على الجسم على - نوع المادة - حالة السطح - تركيب الاشعاع - زاوية السقوط - حيث عند زيادة زاوية سقوط الاشعة يزيد نصيب الضوء المنعكس وينقص نصيب الضوء المنكسر ونلاحظ أيضا اعتماد الانعكاس والامتصاص على تردد الموجات يكون له طبيعة اختيارية أي أن المادة تعكس أو تمتص بقوة ذبذبات بتردد معين وتضعف ذبذبات بتردد اخر وعلى سبيل المثال يمتص الغلاف الجوي للارض الموجات ذات الطول الموجي القصير من الطيف المرئي بقوة ( وهذا من نعمة الله علينا ) بينما يمتص الموجات الطويلة أضعف بكثير وهنا أطرح سؤالا لماذا نستخدم الضوء الأحمر للاشارة الى الخطر وأيضا للتنبيه على الرغم من أن العين حساسة أكثر للاشعة الخضراء ؟



*****

الــحــيــووود

الــحــيــوود

من المعروف أن الموجات تنعكس عندما تصطدم بحاجز مادي ولكن ماذا يحدث لهذه الموجات عندما تصطدم بحافة الحاجز أو عندما تعبر فتحة صغيرة في الحاجز للتعرف على ما يحدث نستخدم حوض الموجات المائية  حيث نسقط أمواجا مستقيمة على حاجز مستقيم ونلاحظ ما يحدث للموجات عندما تصطدم بطرف الحاجز ثم نسقط أمواجا مستقيمة على فتحة بين حاجزين يقعان على خط مستقيم واحد

 

الحيود هو انحراف الموجات عن اتجاه انتشارها الاصلي حول حافة الحاجز أو حول حافتي قتحة صغيرة
لا تقتصر ظاهرة الحيود على نوع معين من الموجات

 

الموجات المائية

بالنسبة لظاهرة الحيود ـــ الانعطاف ــ للموجات المنتشرة على سطح الماء نلاحظ أنه في حالة ما اذا كان الحاجز كبيرا بالمقارنة بطول الموجة لا يتكون خلفه موجات وعندما يكون حجم الحاجز صغيرا فان الموجات تنعطف خلف حافته بينما تقوم الموجات بتطويق الحواجز الصغيرة جدا بحيث لا يحدث خلفها تغيرا يذكر في صدر الموجة وفي حالة مرور الموجات خلال فتحة في حاجز نجد أنه في حالة

          فتحة كبيرة

لا يحدث حيود تقريبا حيث لا تنعطف الموجات

فتحة ضغيرة

يحدث حيود بشكل ملحوظ

فتحة صغيرة جدا

تقوم الموجات بتغطية السطح خلف الحاجز بأجمعه

تفسير ظاهرة الحيود

تفسر هذه الظواهر بأن الحاجز يقطع قسما من صدر الموجة المتحركة  ومن مبدأ هيجنز يمكن استنتاج أن ظاهرة الحيود يسببها تداخل الموجات البدائية عند حدود جبهة الموجة المنقطعة بالحاجز ونلاحظ أنه كلما كان حجم الحاجز أو الفتحة صغيرا بالمقارنة بطول الموجة كلما كانت ظاهرة الحيود أكثر وضوحا

 

---

الحيود في الضوء

بما أن أطوال موجات الاشعاع الضوئي صغيرة جدا لذلك لا يمكن مشاهدة الحيود في الضوء الا على مسافة كبيرة من الحاجز أو الفتحة  

    ولذلك لا تبدو ظاهرة الحيود في الامواج الضوئية للعين بسبب صغر طول موجات الضوء المستخدم
وفي البرنامج نلاحظ حيود الضوء من شق مفرد اتساعه صغير جدا وتظهر هدب الحيود على شكل مناطق مضيئة واخرى معتمة وتقل شدتها تدريجيا كلما ابتعدنا عن المركز
ملاحظة
عندما يكون حجم الحاجز أو الفتحة مقاربا بالقياس لطول الموجة نشاهد الحيود بقرب الحاجز مباشرة أما عندما يكون الحاجز كبيرا مقارنة بطول الموجة يمكن أن نشاهد الحيود ولكن على مسافة أكبر من الحاجز
التفسير
يفسر ماسبق أن التغيرات في جبهة الموجة التي يحدثها الحاجز تكون أكثر ظهورا كلما ابتعدنا عن الحاجز وبالتالي كلما كان حجم الحاجز أكبر كلما شوهدت ظاهرة الانعطاف ــ الحيود ــ على مسافة أبعد منه بشرط أن تكون طاقة الموجات كبيرة بدرجة كافية لكي يكون انعطافها وحيودها واضحا

---

ملاحظات
في المحاكاة الحاسوبية لظاهرة الحيود أعلاه لرصد ظاهرة الحيود عن شق مفرد ضيق توضع شاشة بشق ضيق في طريق أشعة متوازية أحادية اللون ويوضع على مسافة معينة من الشاشة شاشة أخرى تظهر عليها هدب الحيود ــ نلاحظ في مقابلة الشق شريط مضئ يكون عرضه أكبر كلما كان الشق أضيق ــــ لماذا ؟ ـــ وتتابع خلف الهدب المضيء المركزي هدب معتمة وهدب مضيئة ولكن عند استخدام ضوء أبيض تكون هدب الحيود أكثر انتشارا ويكون لها ألوان قوس قزح ـــ حرص خزين ــ

---

الصيغة العامة للتداخلات الهدامة بين الامواج 
لتكن
a طول الشق
n عدد صحيح سالب أو موجب غير الصفر
زاوية الحيود
  الطول الموجي
  

---

مسألة ـــ ما الزاوية التي يمتدها الهدب المضيء المركزي اذا كان عرض الشق يساوي 5 وعرض الشق يساوي 2
الزاوية التي يمتدها الهدب المضيء المركزي هي الزاوية المحصورة بين بين الهدب المظلم الأول يمين ويسار الهدب المركزي
            
وبما أن المنطقة المضيئة للهدب المركزي تمتد على جانبي مركز الهدب يمينا ويسارا أي ضعف الزاوية إذا الزاوية التي يمتدها الهدب المركزي المضيء هي 24 درجة
المطلوب ثانيا
       
وبما أن الهدب يمتد بضعف هذه الزاوية اذا الزاوية التي يمتدها الهدب المركزي هي 60 درجة
اذا كلما قل اتساع الشق يزداد اتساع الهدب المضيء المركزي

دارة التوالي أو التوازي

دارة التوالي أو التوازي


الدارة الكهربائية التي توصل مكوناتها على التوالي ، أي يمر فيها التيار واحدة تلو الأخرى تسمى دارة التوالي أو دائرة توصيل على التوالي ،
و دارة التوازي توصل فيها المكونات من مقاومات ومكثفات وخلافة على التوازي .

في الإلكترونيات يمكن توصيل أجزاء الدائرة الكهربائية إما على التوالي أو التوازي . فإذا رُكبت الأجزاء عل التوالي يمر في كل منها نفس شدة التيار I ، وإذا وُصلت الأجزاء على التوازي يقع على كل منها نفس فرق الجهد V وتختلف شدة التيار فيها من مقاومة إلى أخرى .

دائرة التوصيل على التوالي

يسير التيار في دائرة التوصيل على التوالي بنفس الشدة . أي أن شدة التيار في كل عضو في الدائرة هي نفسها ولا تتغير .

توصيل المقاومات على التوالى

وهذه صور لدائرات موصلة على التوالي:

دائرة التوصيل على التوازي



عند توصيل عضوين أو أكثر في دائرة كهربائية على التوازي يقع على كل عضو نفس فرق الجهد الكهربي.

توصيل المقاومات على التوازي

يقع على كل مقاومة عندالتوصيل على التوازي نفس فرق الجهد . وتكون شدة التيار الكلي I في الدائرة تساوي مجموع شدة التيارات المارة في كل مقاومة . ويمكن تعيين شدة التيار المارة في كل مقاومة باستخدام قانون أوم .

.

لتعيين المقاومة المكافئة لمجموعة المقاومات الموصلة على التوازي ، تقوم بجمع مقلوبات المقاومات ، ونعين بذلك مقلوب المقاومة المكافئة :

.

وهذه صور لدائرات موصلة على التوازي:

قانون اوم

                                                 قانون أوم
 هو مبدأ أساسي في الكهرباء، أطلق عليه هذا الاسم نسبة إلى واضعه الفيزيائي الألماني "جورج سيمون أوم".
فقد أجرى أوم تجارب لقياس فرق الجهد الكهربائي المطبق على دوائر كهربائية بسيطة وشدة التيار الكهربائي المار فيها، مع تغيير طول السلك المستخدم فيها. واستنتج بعض المعادلات المعقدة والتي جرى تعديلها حتى وصلت لصورتها البسيطة المبينة لاحقا.
وينص هذا القانون على أن فرق الجهد الكهربائي بين طرفي ناقل معدني يتناسب طرديا مع شدة التيار الكهربائي المار فيه.

يتم تعريف النسبة الثابتة بين فرق الجهد وشدة التيار بالمقاومة الكهربائية ويرمز إليها بالحرف اللاتيني R. ويلاحظ أن المقاومة R لناقل ما هي قيمة ثابتة ولا تتغير بتغير فرق الجهد بين طرفيه، ويعبر عن هذا المبدأ من خلال المعادلة التالية:

كما يمكن التعبير عن نفس المعادلة بصيغة أخرى: :
حيث:

• V: هي فرق الجهد الكهربائي بين طرفي الناقل المعدني (المقاومة) ويقاس بوحدة تسمى بالفولت، ويرمز له بالرمز(V).
• I: هي شدة التيار الكهرباني المار في الناقل ويقاس بوحدة تسمى بالأمبير، ويرمز له بالرمز (A).
• R: هي مقاومة الناقل للتيار وتقاس بوحدة تسمى بالأوم، ويرمز لها بالرمز (Ω).

ويمكن صياغة القانون السابق حسب الوحدات الكهربائية كالتالي:

                                           أصل قانون أوم

توضح نظريات ميكانيكا الكم أن شدة التيار تعتمد على المجال الكهربي. وبهذا يمكن استخدام نموذج درود لتفسير قانون أوم. حيث يعامل نموذج درود الإلكترونات (أو أي حاملات للشحنة) كما لو كانت كرات تتحرك (تتصادم) بين الآيونات المكونة لتركيب المادة. وهذه الإلكترونات تتسارع في عكس إتجاه المجال الكهربائي المطبق على المادة. وتتصادم هذه الإلكترونات مع أيونات المادة، ومع كل تصادم تنحرف الإلكترونات بسرعات عالية، وينتج عن ذلك حركة جماعية للإلكترونات في اتجاه يعاكس اتجاه المجال الكهربائي.
سرعة انتقال الإلكترونات تحدد شدة التيار الكهربائي وعلاقته بالجهد E.

العدسات((المحدبة والمقعرة))

بسم الله الرحمن الرحيم

العدسات ((المحدبة والمقعرة))

العدسة

العدسة هي قطعة من الزجاج (أو من أية مادة شفافة أخرى) ذات تكور أو تحدب في أحد سطحيها أو كليهما، تحدث انكسارا في الأشعة الضوئية الساقطة على أحد وجهيها. وتستخدم العدسة المحدبة لتجميع الأشعة الضوئية في البؤرة. بينما تستخدم العدسة المقعرة لتفريق الأشعة ، وللعدسة المقعرة أيضا بؤرة تخيلية.

                                             

                                                       استعمال العدسات
تستخدم العدسة المحدبة كعدسة مكبرة، فإذا وضع جسم بين العدسة وبؤرتها يرى الناظر من الجهة الأخرى للعدسة صورة مكبرة للجسم على بعد يزيد عن بعد الجسم الفعلي عنها، أما إذا وضع الجسم على بعد من العدسة يزيد عن بعدها البؤري فإنك لن ترى له أي صورة. ولكن يمكنك تلقي صورة حقيقية له (مقلوبة رأسا على عقب) على ورقة أو ستارة في الجهة الأخرى من العدسة. خاصة إذا كان الجسم منيرا أو جيد الإضاءة اما في حالة العدسة المقعرة فهي على العكس من ذلك، فهي تستخدم لتصغير الصورة، حيث أن العدسة المقعرة تكوّن صورة للجسم تقديرية معتدلة (غير مقلوبة) مصغّرة وفي نفس الجهة التي فيها الجسم.

                                       مم تتكون؟؟

العدسة المحدبة يمكن اعتبار العدسة المحدبة مكونة من منشورين رقيقين متعاكسين تتقابل قاعدتاهما على المحور الأصلي للعدسة فإذا سقطت أشعة ضوئية متوازية على هذين المنشورين فإنها تنفذ من كل منهما منحرفة نحو قاعدته وتتجمع على المحور الأصلي للعدسة أي أن العدسة المحدبة تعمل على تجميع الأشعة لذا تسمى ـ عدسة لامة أو مجمعة .

العدسة المقعرة
يمكن اعتبارها مكونة من منشورين رقيقين يتقابل رأساهما على المحور الأصلي للعدسة فإذا سقط عليهما أشعة متوازية فإنها تنفذ من كل منهما منحرفة نحو القاعدة أي مبتعدة عن المحور الأصلي أي متفرقة