انكسار الضوء و المنشور الزجاجي

انكسار الضوء و المنشور الزجاجي 

انكسار الضوء هو ظاهرة فيزيائية عبرت الفيزياء الكلاسكية بأنها، تغير في الموجات ونظام الحركة التي تحدثها الموجات في الوسط المادى وجزيئات هذا الوسط فتحدت حركة ذات نظام معين تنتق عبرها الطاقة وعندما تنتقل إلى وسط آخر مختلف في الكثافة فتغير الاتجاه بسبب تغير سرعتها وتتغير سرعة موجتها بسب تقيد حركة الموجات في الوسط الأكبر كثافة فتبطء سرعتها وزيادة الحرية في الانتقال عبر الوسط الأقل. وهي يحصل عند انتقال الموجة من وسط ذي معامل انكسار ما إلى وسط ذي معامل انكسار مختلف. ويحصل الانكسار عند الحد بين الوسطين. وعند الانكسار يتغير الطول الموجي ولكن التردد يبقى ثابتا. ومن الامثلة على الانكسار الموجي تغير اتجاه الضوء عند مروره عبر قطعة زجاجية.

يوجد علاقة بين الضوء الساقط والضوء المنكسر وهي حسب قانون الانكسار.

انكسار الضوء هو أحد الظواهر التي يتعرض له الضوء لهذه الظاهرة توجد أهمية كبيرة لفهمنا الطبيعة التي تصادفنا كما أن لها استخدامات تقنية بأجهزة عملية عديدة.

انكسارالضوء: هو عبارة عن انحراف الضوء عن مساره عند انتقاله من وسط شفاف إلى وسط شفاف آخر فبدل أن يستمر في الحركة على نفس الخط المستقيم الذي كان يستمر فيه ينحرف عن مساره بنقطه انتقاله بين الوسطين. 

• انكسار الضوء: هو تغير اتجاه الشعاع الضوئي عندما يجتاز السطح الفاصل بين وسطين شفافين مختلفين.

• الكثافة الضوئية لوسط ما: هو المقدار الذي يميز اعتماد سرعة انتشار الضوء على نوع الوسط وتقاس بالقيمة العددية لمعامل الانكسار المطلق للوسط أو هي قدرة الوسط على كسر الأشعة الضوئية عند نفاذها فيه.
• السطح الفاصل: هو السطح الذي يفصل بين وسطين شفافين مختلفين في الكثافة الضوئية.
• الشعاع الضوئي الساقط: هو الشعاع المتجه إلى السطح الفاصل ويقابله في نقطة السقوط.
• زاوية السقوط: هي الزاوية المحصورة بين الشعاع الضوئي الساقط والعمود المقام من نقطة السقوط على السطح الفاصل.
• الشعاع الضوئي المنكسر: هو المسار الجديد للشعاع الضوئي في الوسط الثاني بعد نفاذه من السطح الفاصل.
• زاوية الانكسار: هي الزاوية المحصورة بين الشعاع الضوئي المنكسر والعمود المقام من نقطة السقوط على السطح الفاصل.
• قانون الانكسار الأول: نسبة جيب زاوية السقوط إلى جيب زاوية الانكسار لوسطين معينين هي مقدار ثابت يعرف بمعامل الانكسار النسبي بين الوسطين.
• قانون الانكسار الثاني: يقع الشعاع الساقط والشعاع المنكسر في مستوى واحد مع العمود المقام من نقطة سقوط الشعاع على السطح الفاصل بين الوسطين.
• عامل الانكسار النسبي بين وسطين: هو النسبة بين سرعة الضوء في الوسط الأول وسرعة الضوء في الوسط الثاني.
• معامل الانكسار المطلق لوسط: هو النسبة بين سرعة الضوء في الفراغ أو الهواء وسرعة الضوء في هذا الوسط
• قانون الانكسار: ناتج ضرب معامل الانكسار المطلق للوسط الأول في جيب زاوية السقوط يساوي ناتج ضرب معامل الانكسار المطلق للوسط الثاني في جيب زاوية الانكسار.

انكسار الضوء و  المنشور الزجاجي : 

إن موضوع المنشور وعمله كان مجال اهتمام العديد من الفيزيائيين والعلماء ، لما له من أهمية في تفسير العديد من الظواهر الفيزيائية الطبيعية كما يدخل في كثير من الأجهزة والآلات البصرية .
وفيما يلي سطور بسيطة لتوضيح المنشور بتعريفه ووظيفته ومجالات استخداماته وعلاقته بتفسير ظاهرة قوس المطر وتحليل ضوء الشمس .
تعريف المنشور ..
* هو جسم شفاف مثلث المقطع إذا مر خلاله شعاع ضوئي وحيد اللون فإنه ينكسر مرتين ، المرة الأولى عند دخوله المنشور والثانية عند خروجه منه .
* جسم شفاف متجانس يصنع عادة من الزجاج ، ذو وجهين مستويين يميلان على بعضهما بزاوية معينة ويستخدم المنشور في الكثير من الأجهزة البصرية ، وفي فصل ألوان الضوء الصادر من الأجسام المضيئة ، ويستخدم أيضاً في تعيين معامل انكسار المواد الصلبة والسائلة بدقة كبيرة ، وتسمى الزاوية الكائنة بين الوجهين المستويين بزاوية رأس المنشور .
المنشور يحلل الضوء ..
إن المنشور يحلل الضوء الأبيض إلى سبعة أضواء وتسمى هذه الأضواء بألوان الطيف وهي مكونات الضوء الأبيض ، تبدأ بالضوء الأحمر قرب رأس المنشور وتنتهي بالضوء البنفسجي قرب القاعدة وبين هذين الضوئين خمسة أضواء أخرى هم البرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق و النيلي ، والسبب في حدوث ظاهرة تحليل الضوء : هو أن لكل ضوء من الأضواء السبعة زاوية انكسار خاصة به تختلف عن زاوية انكسار الضوء الآخر ، وعند سقوط الحزمة الضوئية على وجه المنشور تتباعد هذه الأضواء عن بعضها بسبب الانكسار مشكلة حزمة ضوئية ذات ألوان مختلفة وعند خروج هذه الحزمة من الوجه الآخر للمنشور فإنها تعاني انكساراً آخر يزيد من تباعد الألوان عن بعضها وتظهر بشكل أكثر وضوحاً .

شاهد هذا الفيديو : http://www.youtube.com/watch?v=vPwDuzBcRmM&feature=g-hist

قوس قزح : 

القوس قزح ظاهرة طبيعية فيزيائية ناتجة عن أنكسار وتحلل ضوء الشمس خلال قطرة ماء المطر.

يظهر القوس قزح بعد سقوط المطر أو خلال سقوط المطر والشمس مشرقة.

تكون الألوان في القوس اللون الأحمر من الخارج ويتدرج إلى البرتقالي فالأصفر فالأخضر فالأزرق فأزرق غامق (نيلي) فبنفسجي من الداخل.

القوس قزح هو في الواقع يظهر على شكل نصفين نصفه الأول في السماء ونصفه الأخر مخفي في الأرض.
عبارة عن قوس من الضوء يعرض ألوان الطيف بترتيبها ويتكون من جراء قطرات مياه تسقط عبر الهواء. ويرى قوس قزح عادة في السماء قبالة الشمس بعد انتهاء المطر. كما يمكن مشاهدته في الرذاذ الذي يصدر من شلالات المياه. وفي حالات قوس قزح الذي يعطي لمعانا وبهاء (يعرف بالقوس الرئيسي)، ترتب الألوان بشكل تدريجي يكون فيها اللون الأحمر هو اللون الخارجي. وفوق القوس الكامل يوجد قوس ثانوي حيث ترتب فيه الألوان ترتيبا عكسيا ويكون هذا القوس معتما لوجود انعكاس مزدوج في قطرات المياه. 
ولقد استطاع العالم ابن الهيثم في القرن الرابع الهجري / العاشر الميلادي التعبير عن حالات تمازج الألوان وتفسير ظاهرة قوس قزح بشكل علمي، فذكر في كتابه المناظر أن قوس قزح يحدث من انعطاف الضوء إذا اعترض هواء غليظ رطب بين البصر وبين جرم مضيء، وكان الجرم المضيء في وضع خاص وفي طبقة من الهواء أكثف من الطبقة التي يقف فيها الناظر. وبما أن السحاب على شكل كروي، فإن البصر يدرك مواضع الانعكاس على هيئة قوس مضيئة. وبما أن الجسم المضيء يكون ذا عرض، فإن موضع الانعكاس منه يكون ذا عرض أيضا، وبالتالي تكون القوس الحاصلة نفسها ذات عرض. 
وفي القرن السابع الهجري / الثالث عشر الميلادي استطاع الشيرازي تعليل قوس قزح تعليلا دقيقا فقال: "ينشأ قوس قزح من وقوع أشعة الشمس على قطرات الماء الصغيرة الموجودة في الجو عند سقوط الأمطار، وحينئذ تعاني الأشعة انعكاسا داخليا، وبعد ذلك تخرج إلى الرائي". 

ولقد ثبت علميا أنه عندما يدخل شعاع الشمس في قطرة مطر، فإنه ينكسر أو ينثني ثم ينعكس من نقطة الماء بحيث يظهر الضوء كألوان الطيف. ويمكن رؤية الألوان عندما تكون زاوية الانعكاس بين الشمس وقطرة المياه وخط رؤية من يشاهد هذه الألوان هي 40ْو 42ْ. وعندما تكون الشمس منخفضة في السماء، يظهر قوس قزح عاليا نسبيا، وعندما ترتفع الشمس لأعلى يظهر قوس قزح منخفضا في السماء حيث يحتفظ بزاوية 40ْإلى 42ْ. ولكن عندما تكون زاوية الشمس فوق الأفق أكثر من 42ْ، لا يمكن رؤية قوس قزح لأن الزاوية المطلوبة تمر فوق رأس من يشاهده.