فيديو السؤال: تحديد انكسار شعاع الضوء الفيزياء • الصف الثاني الثانوي

نسخة الفيديو النصية

أي الأشكال الآتية يوضح انكسار شعاع الضوء توضيحًا صحيحًا، بافتراض أن المواد التي يمر من خلالها شعاع الضوء مختلفة الكثافة؟

يتعلق هذا السؤال بدخول شعاع الضوء إلى مادة ذات كثافة مختلفة عن الوسط الذي كان ينتقل عبره ثم خروجه منها. للإجابة عن هذا السؤال، علينا تحديد الشكل الذي يوضح الاتجاه الصحيح لخروج شعاع الضوء من هذا الجسم الرمادي. نحن لا نعرف مسار شعاع الضوء داخل الجسم. لذا سيتعين علينا أن نرسمه بأنفسنا ونستخدم معرفتنا بانكسار الضوء لمعرفة الشكل الذي يوضح المسار الصحيح لشعاع الضوء.

تذكر أن الانكسار هو التغير في اتجاه الضوء عند مروره من وسط إلى آخر. ويحدث هذا لأن الضوء ينتقل بسرعات مختلفة في أوساط مختلفة. في جميع الأشكال الأربعة، ينتقل الضوء بين وسطين مختلفين مرتين، ومن ثم لا بد أن ينكسر مرتين. يحدث الانكسار الأول عندما يدخل الضوء إلى الجسم الرمادي. ويحدث الانكسار الثاني عندما يخرج من الجسم الرمادي. إذن، نحن نعلم أن الضوء يجب أن يغير اتجاه حركته مرتين. هذا يعني أنه يمكننا استبعاد الشكل ب مباشرة.

يرجع ذلك لأننا كما نلاحظ، عند توصيل نقطتي دخول شعاع الضوء إلى الجسم وخروجه منه، لا يغير الضوء اتجاهه سواء عند دخوله إلى الوسط الجديد، أي الجسم، أو عند خروجه منه. ولا يمكن أن يحدث ذلك إلا إذا كانت المواد التي ينتقل الضوء عبرها لها الكثافة نفسها. لكننا نعلم من السؤال أن المواد لها كثافة مختلفة. إذن، الشكل ب لا يوضح الانكسار بشكل صحيح.

نحن نعلم أنه عند انكسار الضوء، فإنه ينحرف إما باتجاه العمود المقام على السطح أو بعيدًا عنه. تذكر أن عبارة «العمود المقام على السطح» تعني ببساطة الخط العمودي على السطح الفاصل بين وسطين. عندما يدخل الضوء إلى وسط أقل كثافة وتزداد سرعته، فإنه ينحرف نحو العمود المقام. وعندما يدخل الضوء إلى وسط أكثر كثافة وتقل سرعته، فإنه ينحرف بعيدًا عن العمود المقام. لاحظ أنه في كلتا الحالتين، ينفذ الضوء عبر السطح الفاصل بين وسطين، ومن ثم يتقاطع مع العمود المقام عند النقطة التي يدخل منها إلى الوسط الجديد.

لكن لنلق نظرة الآن على هذا الشكل التوضيحي، ونلاحظ أن الضوء موضح هنا بأنه ينفذ إلى الوسط الجديد. لكن يبدو أنه ينعكس تقريبًا عن العمود المقام عند النقطة التي يدخل منها إلى الوسط الجديد. وهذه ليست طريقة انكسار الضوء. في الواقع، عندما ينفذ الضوء وينكسر، يجب أن يمر الشعاع المنكسر عبر الوسط الجديد على الجانب المقابل من العمود المقام للشعاع الساقط الأصلي.

يمكن أن ينحرف الشعاع المنكسر فقط في موضع ما في نطاق 90 درجة، بين السطح الفاصل والعمود المقام عليه، ولكن على الجانب المقابل من العمود المقام للشعاع الساقط. فلا يمكن لهذا الشعاع أن ينكسر بحيث ينتقل إلى هنا، أي على الجانب نفسه من العمود المقام للشعاع الساقط. بوضع ذلك في الاعتبار، يمكننا استبعاد الشكل ج.

لفهم سبب كون الخيار ج خطأ، دعونا نرسم المسار الذي يسلكه شعاع الضوء داخل الجسم. يمكننا ملاحظة أن مسار شعاع الضوء عند كلا السطحين الفاصلين بين وسطين يخالف هذه المبادئ التي ناقشناها للتو. إذ يبدو على نحو غريب أن هذا المسار المفترض ينعكس بطريقة ما عن العمود المقام في كلتا المرتين. لكننا نعلم أن هذا لا يمكن أن يكون صحيحًا؛ لذا فإن الشكل ج غير صحيح.

لاحظ أنه بالطريقة نفسها، يمكننا أيضًا استنتاج أن الشكل د غير صحيح. إذ يبدو أن شعاع الضوء هنا يسلك مسارًا عند السطح الأول الفاصل بين وسطين، حيث يدخل الجسم. لكن عندما يغادر الضوء الجسم، فمن غير الممكن أن يسلك هذا المسار؛ وذلك لأنه يجب أن ينتقل إلى الجانب المقابل من العمود المقام. وعليه، فإن الشكل د غير صحيح.

يتبقى لدينا الخيار أ؛ لذا دعونا نلق نظرة فاحصة على هذا الشكل. عندما يدخل الضوء إلى الجسم، فإنه ينحرف باتجاه العمود المقام. وهذا يخبرنا أن الشعاع لا بد أن ينتقل من وسط ذي كثافة أقل، أي الفضاء الموجود حول الجسم، إلى وسط ذي كثافة أعلى، أي الجسم الرمادي. عندما يغادر شعاع الضوء الجسم، فإنه ينكسر مرة ثانية وينحرف بعيدًا عن العمود المقام، وهذا هو ما نتوقعه؛ لأن الشعاع هنا يعود إلى وسط ذي كثافة أقل.

إذن، يوضح الشكل أ تمثيلًا منطقيًّا تمامًا لانكسار الضوء في هذين الوسطين. ومن ثم، فإننا نعلم أن الشكل أ يوضح المسار الصحيح لشعاع الضوء الذي يمر من خلال وسطين لهما كثافة مختلفة.