نسخة الفيديو النصية
ينتقل شعاع ضوء عبر ليف بصري من خلال الانعكاس الداخلي الكلي، كما هو موضح في الشكل. ينعكس الضوء عن السطح الداخلي لليف بزاوية تكاد ألا تزيد على الزاوية الحرجة. أي من الآتي يصف وصفًا صحيحًا ما يحدث عند النقطة P، إذا دخل الضوء إلى الليف البصري عندما يكون الليف البصري منحنيًا؟ أ: ينعكس الضوء انعكاسًا داخليًّا كليًّا عند النقطة P؛ لكون زاوية السقوط عندها أكبر من الزاوية الحرجة. ب: ينعكس الضوء انعكاسًا داخليًّا كليًّا عند النقطة P؛ لكون زاوية السقوط عندها أقل من الزاوية الحرجة. ج: يخرج بعض الضوء من الليف البصري عند النقطة P؛ لكون زاوية السقوط عندها أكبر من الزاوية الحرجة. د: يخرج بعض الضوء من الليف البصري عند النقطة P؛ لكون زاوية السقوط عندها أقل من الزاوية الحرجة. هـ: ينكسر بعض الضوء عبر سطح الليف البصري عند النقطة P؛ لكون زاوية السقوط عندها مساوية للزاوية الحرجة.
لنبدأ بإفراغ بعض المساحة على الشاشة، ونسترجع ما نعرفه عن الزاوية الحرجة، والانعكاس الداخلي الكلي، وكيفية انتقال الضوء عبر الألياف الضوئية.
عندما يسقط الضوء عادة على سطح فاصل بين وسطين، أي سطح يفصل بين وسطين مختلفين في الكثافة الضوئية، فإن بعض أشعة الضوء ستنعكس عند السطح الفاصل وبعضها سينفذ منه أو يمر عبره وينكسر. للمساعدة على تصور ذلك، تذكر عندما تسير في الشارع وتمر أمام نافذة يمكنك من خلالها رؤية ما بداخل المبنى وكذلك رؤية انعكاس صورتك فيها. لكن في حالة وجود شعاع ضوء ينتقل عبر مادة أعلى كثافة، ثم يصل إلى سطح مادة أقل كثافة، فإن شعاع الضوء سينعكس كليًّا إذا كانت زاوية سقوطه أكبر من الزاوية الحرجة. وهذا هو الانعكاس الداخلي الكلي.
تعد كبلات الألياف البصرية 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. وبينما ينتقل الضوء على طول الليف، فإنه ينعكس بصورة متكررة عن السطح الفاصل بين القلب والطبقة العاكسة؛ ليظل الضوء داخل القلب. وفي النهاية يخرج الضوء من الطرف الآخر للكبل. إذن ففي الشكل المعطى لنا، يوضح هذا الجزء العلوي السلوك المفترض للضوء في كبل من الألياف الضوئية؛ فيظل داخل القلب أثناء انتشاره.
وفي كل مرة يسقط فيها الشعاع على السطح الفاصل بين القلب والطبقة العاكسة، فإنه يتعرض للانعكاس الداخلي الكلي. لكننا نريد معرفة ما يحدث في الجزء السفلي هنا عند النقطة P، التي يكون الكبل عندها منحنيًا. يمثل هذا الخط المتقطع العمود المقام أو الخط العمودي على السطح عند النقطة التي يسقط عليها الضوء. دعونا نرسم صورة مقربة؛ لكي نرى ذلك بشكل أفضل. تذكر أن زاوية سقوط شعاع الضوء تقاس دائمًا بالنسبة إلى العمود المقام. بالنظر إلى الزاوية التي يصنعها شعاع الضوء هذا مع العمود المقام، نلاحظ أنها زاوية صغيرة جدًّا؛ أصغر بكثير من الزوايا التي نراها هنا التي يتعرض الضوء عندها لانعكاس داخلي كلي.
وبما أنه مذكور في السؤال أن هذه الزاوية تكاد ألا تزيد على الزاوية الحرجة، فإننا نعلم أن هذه الزاوية الصغيرة عند النقطة P بالتأكيد أصغر من الزاوية الحرجة. ومن ثم يمكننا استبعاد خياري الإجابة أ، ج؛ لأنهما يشيران إلى أن الزاوية أكبر من الزاوية الحرجة. ويمكننا أيضًا استبعاد الخيار هـ، لأنه يشير إلى أن الزاويتين متساويتان. يمكننا أيضًا القول إن الخيار ب غير صحيح؛ لأن الانعكاس الداخلي الكلي يحدث فقط عندما تكون زاوية السقوط أكبر من الزاوية الحرجة، وليست أقل من الزاوية الحرجة.
وبذلك يتبقى لدينا الخيار د، وهو الإجابة الصحيحة. يخرج بعض الضوء من الليف البصري عند النقطة P؛ لكون زاوية السقوط عندها أقل من الزاوية الحرجة.
