نسخة الفيديو النصية
يوضح الشكل شعاعي ضوء مختلفين ينتشران عبر كبل من الألياف البصرية. يتضح أيضًا زاويتان؛ إحداهما باللون الأخضر والأخرى باللون الأزرق. أي العبارات الآتية تصف هاتين الزاويتين وصفًا صحيحًا؟ أ: الزاوية الزرقاء أكبر من الزاوية الحرجة، لكن الزاوية الخضراء أصغر من الزاوية الحرجة. ب: الزاوية الزرقاء أصغر من الزاوية الحرجة، لكن الزاوية الخضراء أكبر من الزاوية الحرجة. ج: كل من الزاوية الزرقاء والزاوية الخضراء أكبر من الزاوية الحرجة. د: كل من الزاوية الزرقاء والزاوية الخضراء أصغر من الزاوية الحرجة.
لنبدأ بإفراغ بعض المساحة على الشاشة، ثم نذكر أنفسنا بالزاوية الحرجة وكيفية انتقال أشعة الضوء عبر كبل من الألياف البصرية، كالكبل الموضح هنا. لاحظ أن كلًّا من هذين الموضوعين يتناول الضوء الذي ينتقل في وسط له معامل انكسار أعلى ويسقط على سطح فاصل مع وسط له معامل انكسار أقل.
أولًا، لنتذكر أنه عندما يسقط شعاع ضوء على سطح فاصل بين وسطين بزاوية أكبر من الزاوية الحرجة، فسيتعرض لانعكاس داخلي كلي. في هذه الحالة، لا ينفذ أي ضوء 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 البصرية واحدة من التطبيقات المفيدة جدًّا على الانعكاس الداخلي الكلي. في كبلات كهذه، ينتقل الضوء خلال قلب الليف المحاط بعاكس مصنوع من مادة ذات معامل انكسار أقل من معامل انكسار مادة القلب. أثناء انتقال الضوء في الليف، فإنه ينعكس بصورة متكررة عن السطح الفاصل بين القلب والعاكس ليظل الضوء داخل القلب. وفي النهاية، يخرج الضوء من الطرف الآخر للكبل.
في هذا الشكل المعطى، يوضح الشعاع البرتقالي السلوك المفترض لشعاع ضوء يظل داخل القلب أثناء انتشاره في كبل ألياف بصرية. وفي كل مرة يسقط فيها الشعاع البرتقالي على السطح الفاصل بين القلب والعاكس، يتعرض لانعكاس داخلي كلي. لكن في الشكل المعطى، نلاحظ أن الشعاعين الأزرق والأخضر يخرجان من القلب عند هاتين النقطتين. وعليه، فإن الشعاعين ينفذان وينكسران عند السطح الفاصل بين القلب والعاكس؛ ومن ثم لا يتعرضان لانعكاس داخلي كلي.
لنلق نظرة الآن على الزاويتين اللتين نتناولهما في هذا السؤال. نلاحظ أن كلًّا من الزاويتين مقيس بالنسبة إلى خط رمادي متقطع. يمثل هذا الخط العمود المقام على السطح الفاصل بين الوسطين عند النقطة التي يسقط عليها الشعاع، إذن الزاويتان زاويتا سقوط. وقد بينا بالفعل أنه إذا كانت زاوية السقوط أكبر من الزاوية الحرجة، فسيحدث انعكاس داخلي كلي. وإذا كانت زاوية السقوط أقل من الزاوية الحرجة، فسينفذ الشعاع وينكسر. ومن ثم نعلم أن الزاوية الزرقاء والزاوية الخضراء أصغر من الزاوية الحرجة. وهذا يناظر الإجابة الواردة في الخيار د، وهي إجابتنا النهائية. كل من الزاوية الزرقاء والزاوية الخضراء أصغر من الزاوية الحرجة.
