انعكاس الضوء

***** انعكاس الضوء *****

مقدمـــــــــــــة:

من المعروف أن علم الفيزياء عرفه العرببعلم الطبيعيات ومن فروع هذا العلم التي كان للعرب دورا عظيما فيها ( فيزياء الضوء ) ويعتبر عبقري العرب (( الحسن بن الهيثم )) ( 965 م - 1039 م ) منشىء علم الضوءبلا منازع ولا يقل أثره في علم الضوء عن أثر نيوتن في علم الميكانيكا ويعتبر كتابهالمناظر المرجع لفيزياء الضوء لعدة قرون وقد وضع ابن الهيثم القوانين الاساسيةلانعكاس الضوء وانكساره وفسر الرؤية المزدوجة وظاهرة السراب ولكن أهم انجازاته كانتالخزانة ذات الثقب والتي تعتبر البداية والمقدمة لاختراع الكاميرا وصولا الى عصرالمعلوماتية الان وما نستخدمه من أوساط متعددةالضوء : موجاتكهرومغناطيسية تنتقل في الفراغ بسرعة تساوي 300 ألف كيلومتر في الثانية وتتوقف طاقةموجات الضوء على تردد هذه الموجات فكلما زاد تردد موجة الضوء زادت طاقتهاوالضوء الابيض خليط من ألوان الطيف السبعة والتي يمكن جمعها في كلمتين ( حرص خزين ) حيث يمثل كل حرف الحرف الثاني من اسم اللون وهي مرتبة تصاعديا حسبالتردد ( أحمر - برتقالي - أصفر - أخضر - أزرق - نيلي - بنفسجي )وتعتبر الشمس أكبرمصدر للطاقة الضوئيةطبيعة الضوءمقدمة تاريخية : بما أن الضوءيملك طاقة وينقلها في الفضاء وبما أن الطاقة تنقل إما بالاجسام أو بالموجات اذايوجد فرضيتين حول طبيعة الضوء هما ( النظرية الجسيمية - الدقائقية - لنيوتن ) ( النظرية الموجية للعالم الهولندي هيجنز ) ولكن لم تسطع هاتين النظريتين تفسير جميعالظواهر البصرية مما استوجب وضع نظرية توحد بين الخواص الموجية والجسيمية للضوء هيالنظرية الكمية ونذكر هنا بلانك واينشتين وبوهرخواص الضوءالخواص الهندسية [الانتشار في خطوط مستقيمة - السرعة المحدودة - الانعكاس - الانكسار - التشتت ]ــــــــالخواص الموجية [ التداخل - الحيود - الخاصيةالكهرومغناطيسية- الاستقطاب - الانكسار المزدوج ] ــــــــالخاصية الكمية [ المدارات الذرية - كثافات الاحتمالية - مستويات الطاقة - الكمات - الليزر ] ــــــالضوء : ارتداد الاشعة الضوئية في نفس الوسط عندما تقابلسطحا عاكساالشعاع الساقط هو الشعاع الذي يصل الى السطح العاكسالشعاع المنعكس هو الشعاع الذي يرتد عن السطح العاكسزاوية السقوط هي الزاوية المحصورة بين الشعاعالساقط والعمود المقام من نقطة السقوط على السطح العاكسزاوية الانعكاس هيالزاوية المحصورة بين الشعاع المنعكس والعمود المقام من نقطة السقوط على السطحالعاكسقانونا الانعكاس Laws of Reflection القانون الأول زاويةالسقوط = زاوية الانعكاسالقانون الثاني الشعاع الضوئي الساقط والشعاعالضوئي المنعكس والعمود المقام من نقطة السقوط على السطح العاكس تقع جميعا في مستوىواحد عمودي على السطح العاكسكيفية عمل البرنامج ( المحاكاة الحاسوبيةلظاهرة انعكاس الضوء ) يمكن تغيير زاوية السقوط باستخدام الماوس بسحب المنزلقةالخاصة بها كما يمكن تغيير تردد الضوء الساقط وبالتالي تغيير اللونقانون الانعكاسفي علم الفيزياء، توجد ظاهرة حركة الموجاتوفيها ترتد الموجة من السطح بعد السقوط عليه. عندما تنتقل الطاقة- مثل الضوء أوالصوت - من وسط إلى وسط آخر، فإن جزءا من الطاقة يمر عادة بينما ينعكس جزء آخر. وهناك نوعان من الانعكاس أحدهما يعرف بالانعكاس المنتظم وفيه يرسم اتجاه جبهةالموجة المنعكسة بدقة عالية ويخضع للقانون التالي: تنتقل الأشعة الساقطة والأشعةالمنعكسة في اتجاهات بحيث تصنع زوايا متساوية مع الخط الرأسي (خط عمودي على سطحالانعكاس عند نقطة السقوط) وتقع الأشعة في نفس المستوى مع الاتجاه الرأسي. وتسمىهذه الزوايا زاوية السقوط وزاوية الانعكاس. أما إذا كانت الأسطح خشنة، فإن الأشعةتنعكس في اتجاهات كثيرة وهذا الانعكاس يسمى الانتشار. وفي القرن الخامس الهجري / الحادي عشر الميلادي توصل ابن الهيثم إلى أن الضوء شيء مادي؛ ومن أجل ذلك يرتدالضوء عن الأجسام الصقيلة إذا وقع عليها كما ترتد الكرة عن الجسم الصلب الذي تصطدمبه. والذي يتفق للكرة المقذوفة عند اصطدامها بالسطح الصلب يتفق مثله للضوء إذا وقععلى سطح صقيل. ومع أن انعكاس الضوء عن السطح الصقيل كارتداد الكرة عن الجسمالصلب، فإن بينهما فارقا. فيقول ابن الهيثم في كتابه المناظر :"فإن الضوء ليس فيهقوة تحركه إلى جهة مخصوصة، بل أن خاصته أن يتحرك على الاستقامة في جميع الجهات التييجد السبيل إليها، إذا كانت تلك الجهات ممتدة في جسم مشف. فإذا انعكس الضوء بما فيهمن القوة المكتسبة، وصار على سمت الاستقامة التي أوجبها الانعكاس امتد على ذلكالسمت. وليس فيه تحركه إلى غير ذلك السمت، إذ ليس من خاصته أن يطلب جهة مخصوصة". ويضيف ابن الهيثم أن المفروض في السطح الذي لا ينفذ فيه الضوء أن يكون كثيفا؛ولكن يكفي أن يكون صقيلا ولو كان رخوا أو ماء على أن يكون أملس. كما يرى أنالأجسام الخشنة غير الصقيلة أو غير المالسة أو غير الملساء تكون كثيرة المسام وتكونأجزاء سطحها متفرقة غير متضامة: من أجل ذلك ينفذ قسم من الضوء في المسام حيث يضيع: ثم ينعكس القسم الآخر متفرقا مشتتا فلا يرى بوضوح. وتذكر قوانين الانعكاس أنزاوية السقوط تساوي زاوية الانعكاس وأن الشعاع الساقط والشعاع المنعكس والخط العمودي للسطح جميعها تقع على نفس السطح. فإذا كان سطح الوسط الثاني أملس أو مصقولافإنه قد يقوم بدور مرآة ويحدث صورة معكوسة. وإذا كانت المرآة مستوية، فإن صورةالشيء تبدو وكأنها موجودة خلف المرآة على مسافة تساوي المسافة بين هذا الشيء وبينسطح المرآة. وإذا كان سطح الوسط الثاني غير أملس فإن الخطوط العمودية للسطح فينقاط عديدة تقع في اتجاهات عشوائية. وفي تلك الحالة فإن الأشعة التي قد تقع في نفسالسطح عندما تبعث من نقطة المصدر تقع في أسطح عشوائية السقوط وبالتالي عشوائيةالانعكاس وتتناثر فلا يمكن أن تكون صورة. ويتحدد كم الضوء المنعكس على نسبةمؤشرات الانعكاس لكلا الوسطين. ويحتوي سطح السقوط على الشعاع الساقط والخط العموديللسطح في نقطة السقوط. وزاوية السقوط في الانعكاس أو الانكسار هي الزاوية بينالشعاع الساقط في الانعكاس أو الانكسار وهذا الخط العمودي. وفي القرن السابععشر الميلادي وضع الرياضي الهولندي فيليبرود فون روين سنيل 999هـ-1591م / 1035هـ-1626م. الصيغة الرياضية لقانون الانعكاس فذكر أن ناتج مؤشر الانكسار وجيب زاويةسقوط الشعاع على الوسط يساوي ناتج مؤشر الانعكاس وجيب زاوية الانكسار في الوسطالمتتالي. كما أن شعاع السقوط وشعاع الانكسار والخط العمودي على حدود نقطة السقوطكلها تقع على نفس السطح. <FONT size=4><FONT color=indigo>وبوجه عام فإن مؤشر الانكسار لمادة شفافة أكثر كثافةيكون أعلى من الانكسار في مادة أخرى أقل كثافة، ويعني ذلك أن سرعة الضوء تقل كلماكانت المادة أشد كثافة. فإذا تم انكسار الشعاع على نحو مائل فإن الشعاع الذي يدخلوسطا له مؤشر انكسار أكبر ينثني نحو الخط العمودي، والشعاع الذي يدخل وسطا له مؤشرانكسار أقل ينحرف عن الخط العمودي. والأشعة التي تسقط عبر الخط العمودي تقومبالانعكاس والانكسار نحو هذا الخط العمودي. وعند القيام بالحسابات فإن المسارالضوئي -الذي يعرف بأنه ناتج المسافة التي يسري فيها الشعاع في وسط ما والمؤشرالانكساري لهذا الوسط- يعد عاملا في غاية الأهمية. ومن خلال الملاحظة في وسط أقلكثافة كالهواء مثلا، نجد أن الشيء في الوسط الأكبر كثافة يبدو أكثر قربا إلى الحدمما يكون في الواقع. ومن الأمثلة الشهيرة في هذا الصدد ما يضرب لشيء تحت الماء وتتمملاحظته من خارج الماء