فيديو السؤال: حساب زاوية انكسار شعاع ضوء الفيزياء • الصف الثاني الثانوي

نسخة الفيديو النصية

تحرك شعاع ضوء في الهواء، فسقط على سطح مستو لجسم بلاستيكي معامل انكساره 1.5 بزاوية قياسها 45 درجة من العمود المقام عليه. عند أي زاوية من العمود المقام على السطح يتحرك الشعاع المنكسر في الجسم؟ قرب إجابتك لأقرب درجة.

يتعلق هذا السؤال بانكسار الضوء أثناء انتقاله من الهواء إلى جسم بلاستيكي. تذكر أن الانكسار هو التغير في اتجاه شعاع الضوء عند مروره من وسط إلى آخر. يحدث هذا لأن الضوء ينتقل بسرعات مختلفة في الأوساط المختلفة.

يمكننا أن نلاحظ هذا في حياتنا اليومية إذا وضعنا قلم رصاص في كوب ماء. سيبدو أن شكل القلم الرصاص قد تغير؛ أي لم يعد مستقيمًا. لكن القلم الرصاص لم ينكسر. بدلًا من ذلك، يصبح هناك جزءان مختلفان من القلم الرصاص موجودان الآن في وسطين مختلفين. يوجد جزء من القلم الرصاص في الماء، والجزء الآخر في الهواء. الماء وسط مختلف عن وسط الهواء؛ لذلك تتغير سرعة الضوء عند انتقاله بينهما. يؤدي هذا إلى تغير اتجاه الضوء؛ ولهذا يبدو القلم الرصاص منكسرًا.

تنطبق المفاهيم نفسها تمامًا عندما يصل الضوء إلى الجسم البلاستيكي الذي يتناوله هذا السؤال. نلاحظ أن الضوء ينتقل في الهواء حتى يصل إلى الجسم البلاستيكي ويغير اتجاهه.

يمكننا أن نتحدث عن هذا التغير في الاتجاه بدلالة زاوية سقوط شعاع الضوء الابتدائي وزاوية انكسار الشعاع المنكسر. عندما نتحدث عن زاوية انكسار الضوء، فإننا نقيسها من العمود المقام على السطح حيث يحدث الانكسار. عبارة «العمود المقام على السطح» تعني عموديًّا على السطح.

يمكننا الآن تحديد زاويتين في الشكل. إحداهما زاوية السقوط، وهي الزاوية التي يصطدم عندها الضوء الساقط بسطح الجسم البلاستيكي. الزاوية الأخرى هي زاوية الانكسار، وهي الزاوية التي ينتقل بها الضوء بعد انكساره.

نحن نعلم أن زاوية السقوط قياسها 45 درجة. نعلم أيضًا معامل انكسار الجسم البلاستيكي. تذكر أن معامل الانكسار إحدى خواص المادة الذي يقيس مدى سرعة انتقال الضوء خلالها. هو ليس له وحدة قياس؛ وكلما زادت قيمته، قلت السرعة التي سينتقل بها الضوء عبر الوسط. وكلما قلت قيمته، زادت السرعة التي سينتقل بها الضوء عبر الوسط. في الهواء، يمكننا أن نقرب معامل الانكسار إلى واحد.

العلاقة بين الزاويتين ومعاملي الانكسار تعطى بقانون سنل. ‏‪𝑛𝑖‬‏ في ‪sin 𝜃𝑖‬‏ يساوي ‪𝑛𝑟‬‏ في ‪sin 𝜃𝑟‬‏، حيث ‪𝑛𝑖‬‏ هو معامل انكسار المادة الابتدائية التي ينتقل منها شعاع الضوء. و‪𝑛𝑟‬‏ هو معامل انكسار المادة النهائية التي ينتقل إليها شعاع الضوء. ‏‪𝜃𝑖‬‏ هي زاوية السقوط. و‪𝜃𝑟‬‏ هي زاوية الانكسار. المطلوب منا في السؤال إيجاد قياس ‪𝜃𝑟‬‏؛ أي زاوية الانكسار؛ لذا علينا إعادة ترتيب هذه المعادلة لجعل الزاوية ‪𝜃𝑟‬‏ في طرف بمفردها.

أولًا، نقسم كلا الطرفين على ‪𝑛𝑟‬‏؛ وهو ما يؤدي إلى حذف هذا العامل من الطرف الأيمن. بعد ذلك، نأخذ الدالة العكسية للجيب لكلا الطرفين لجعل ‪𝜃𝑟‬‏ في طرف بمفردها. يمكن كتابة ذلك أيضًا على الصورة ‪𝜃𝑟‬‏ تساوي الدالة العكسية للجيب لـ ‪𝑛𝑖‬‏ في ‪sin 𝜃𝑖‬‏ مقسومًا على ‪𝑛𝑟‬‏.

بالتعويض بهذه القيم في المعادلة، يصبح لدينا معامل انكسار الهواء، ‪𝑛𝑖‬‏، يساوي واحدًا؛ ومعامل انكسار الجسم البلاستيكي، ‪𝑛𝑟‬‏، يساوي 1.5 ؛ و‪𝜃𝑖‬‏ تساوي 45 درجة. عندما نحسب قياس ‪𝜃𝑟‬‏، نحصل على زاوية قياسها 28.125 درجة وهكذا مع توالي الأرقام. مطلوب منا في السؤال إيجاد زاوية الانكسار لأقرب درجة؛ لذا الإجابة النهائية هي ‪𝜃𝑟‬‏ تساوي 28 درجة.

من ثم، فإن قياس زاوية انكسار شعاع الضوء هو 28 درجة.