نسخة الفيديو النصية
يوضح الشكل شعاعي ضوء ينتشران في كبل من الألياف الضوئية. توجد زاويتان موضحتان؛ إحداهما باللون الأخضر والأخرى باللون الأزرق. أي عبارة من العبارات الآتية عن هاتين الزاويتين صواب؟ 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.
لنذكر أنفسنا بالزاوية الحرجة، وكيفية انتقال الضوء عبر كبل من الألياف الضوئية، مثل الكبل الموضح هنا. لاحظ أن كلًّا من هذين الموضوعين يتعلق بالضوء الذي ينتقل في وسط له معامل انكسار أعلى ويسقط على سطح فاصل بينه وبين وسط له 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 خلال 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 أصغر 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 الأزرق السلوك المفترض للضوء في كبل من الألياف الضوئية، فيظل داخل القلب أثناء انتشاره. وحينما يسقط الشعاع الأزرق على السطح الفاصل بين القلب والطبقة العاكسة، يتعرض لانعكاس داخلي كلي. لكننا نلاحظ أن الشعاع الأخضر يخرج من القلب عند هذه النقطة هنا. ومن ثم، فإنه ينفذ وينكسر عند السطح الفاصل بين القلب والطبقة العاكسة. وعليه، نعلم أنه لا يتعرض لانعكاس داخلي كلي هنا.
لنلق الآن نظرة على الزاويتين اللتين نتناولهما في هذا السؤال. نلاحظ أن كلًّا من الزاويتين مقيسة بالنسبة إلى خط رمادي متقطع. يمثل هذا الخط العمود المقام على السطح الفاصل بين الوسطين عند النقطة التي يسقط عليها الشعاع، ومن ثم فإن الزاويتين هما زاويتا السقوط. وقد أثبتنا بالفعل أنه إذا كانت زاوية السقوط أكبر من الزاوية الحرجة، فسنجد انعكاسًا داخليًّا كليًّا. وإذا كانت زاوية السقوط أصغر من الزاوية الحرجة، فسنجد أن الشعاع ينفذ وينكسر.
ومن ثم، نعلم أن الزاوية الزرقاء أكبر من الزاوية الحرجة، والزاوية الخضراء أصغر من الزاوية الحرجة. هذا يناظر الإجابة الواردة في الخيار أ، وهي إجابتنا النهائية. الزاوية الزرقاء أكبر من الزاوية الحرجة، لكن الزاوية الخضراء أصغر من الزاوية الحرجة.
