نسخة الفيديو النصية
يوضح الشكل الآتي شعاعي ضوء مختلفين ينتشران عبر كبل من الألياف البصرية. توجد زاويتان موضحتان؛ إحداهما باللون الأخضر والأخرى باللون الأزرق. أي العبارات الآتية تصف هاتين الزاويتين وصفًا صحيحًا؟ أ: الزاوية الزرقاء أكبر من الزاوية الحرجة، ولكن الزاوية الخضراء أصغر من الزاوية الحرجة. ب: الزاوية الزرقاء أصغر من الزاوية الحرجة، ولكن الزاوية الخضراء أكبر من الزاوية الحرجة. ج: كل من الزاوية الزرقاء والخضراء أكبر من الزاوية الحرجة. د: كل من الزاوية الزرقاء والخضراء أصغر من الزاوية الحرجة.
لنبدأ بإفراغ بعض المساحة على الشاشة، ثم نذكر أنفسنا بالزاوية الحرجة، وكيفية انتقال أشعة الضوء عبر كبل من الألياف الضوئية، مثل الكبل الموضح هنا. لاحظ أن كلا هذين الموضوعين يتناول الضوء الذي ينتقل في وسط له معامل انكسار أعلى إلى سطح يفصل بين هذا الوسط ومادة لها معامل انكسار أقل.
أولًا: نتذكر أنه عندما يسقط شعاع ضوء على سطح فاصل بين وسطين بزاوية أكبر من الزاوية الحرجة، فإنه سيتعرض للانعكاس الداخلي الكلي. في هذه الحالة، لا ينفذ أي جزء من الضوء من السطح الفاصل أو يمر عبره؛ لأن الضوء ينعكس كليًّا. وعليه، إذا كانت زاوية سقوط الشعاع أكبر من الزاوية الحرجة، فإن الشعاع سيتعرض لانعكاس داخلي كلي. لكن إذا سقط الضوء بزاوية أقل من الزاوية الحرجة، فإن الضوء سينفذ وينكسر كالمعتاد.
تعد كبلات الألياف الضوئية أحد التطبيقات المفيدة جدًّا للانعكاس الداخلي الكلي. في هذه الكبلات، ينتقل الضوء خلال قلب الليف المحاط بطبقة عاكسة مصنوعة من مادة لها معامل انكسار أقل من معامل انكسار مادة القلب. وعندما ينتقل الضوء على طول الليف، فإنه ينعكس بصورة متكررة عن السطح الفاصل بين القلب والطبقة العاكسة ليظل داخل القلب. وفي النهاية، يخرج الضوء من الطرف الآخر للكبل.
إذن في هذا الشكل المعطى لنا، يوضح الشعاع الأخضر السلوك المفترض للضوء في كبل من الألياف الضوئية؛ فيظل داخل القلب أثناء انتشاره. وفي كل مرة يسقط فيها الشعاع الأخضر على السطح الفاصل بين القلب والطبقة العاكسة، فإنه يتعرض للانعكاس الداخلي الكلي. لكننا نلاحظ أن الشعاع الأزرق يخرج من القلب عند هذه النقطة هنا. وعليه، فإنه ينفذ وينكسر عند السطح الفاصل بين القلب والطبقة العاكسة. ومن ثم فإننا نعلم أنه لا يتعرض لانعكاس داخلي كلي هنا.
لنلق الآن نظرة على الزاويتين اللتين نتناولهما في هذا السؤال. نلاحظ أن كلتا الزاويتين مقيسة بالنسبة إلى خط رمادي متقطع. يمثل هذا الخط العمود المقام على السطح الفاصل بين الوسطين عند النقطة التي يسقط عليها الشعاع. إذن فالزاويتان زاويتا سقوط.
وقد أثبتنا بالفعل أنه إذا كانت زاوية السقوط أكبر من الزاوية الحرجة، فسنلاحظ انعكاسًا داخليًّا كليًّا. وإذا كانت زاوية السقوط أصغر من الزاوية الحرجة، فسنلاحظ أن الشعاع ينفذ وينكسر.
ومن ثم نعلم أن الزاوية الخضراء أكبر من الزاوية الحرجة، والزاوية الزرقاء أصغر من الزاوية الحرجة. هذا يناظر الإجابة المذكورة في الخيار ب، ومن ثم فهي الإجابة النهائية. الزاوية الزرقاء أصغر من الزاوية الحرجة، ولكن الزاوية الخضراء أكبر من الزاوية الحرجة.
