شرح الزاوية الحرجة وتطبيقات على الانعكاس الكلي (فيديو) فيزياء الضوء 2 ثانوى المعدل
تطبيقات على انكسار الضوء الانعكاس الكلى والزاوية الحرجه
إذا انتقل شعاع ضوئي من وسط أكبر كثافة ضوئية لوسط أقل كثافة ضوئية فإنه ينكسر مبتعدا عن العمود ومقربا من السطح الفاصل .
كلما زادت زاوية السقوط زادت زاوية الانكسار فيقترب الشعاع من السطح الفاصل تدريجيا ( علل ) .
عندما تصل زاوية السقوط في الوسط الأكبر ضوئية إلى قيمة معينه فإن الشعاع يخرج منطبقا على السطح الفاصل و تكون زاوية الانكسار90o كما يحدث للشعاع م د وتسمي زاوية السقوط في هذه الحالة بالزاوية الحرجة بين الماء والهواء ويرمز لها بالرمز
الزاوية الحرجه
تعريفها : هي زاوية سقوط للضوء في وسط أكبر كثافة ضوئية تقابلها زاوية انكسار في وسط أقل كثافة ضوئية مقدارها 90o .
س/ ما معني أن الزاوية الحرجة للماء 50º
ج- معني ذلك أنه إذا سقط الضوء من الماء بزاوية سقوط 50º فإنه يخرج مماسا للسطح الفاصل بينه وبين الهواء أي تكون زاوية الانكسار 90º
الانعكاس الكلي
إذا سقط الضوء من وسط أكبر كثافة ضوئية بزاوية سقوط أكبر من الزاوية الحرجة فإنه لا ينفذ إلى الوسط الأقل كثافة ضوئية بل ينعكس في نفس الوسط بحيث زاوية السقوط = زاوية الانعكاس .
شروط حدوث الانعكاس الكلي
1- سقوط الضوء من وسط اكبر كثافة ضوئية علي سطح فاصل .
2- زاوية السقوط من الوسط الاكبر كثافة ضوئية > .
العلاقة بين الزاوية الحرجة ومعامل الانكسار بين وسطين :
الاستنتاج :- نفرض أن معامل انكسار الوسط الأكبر كثافة ضوئية n1 والأقل كثافة ضوئية n2 الزاوية الحرجة من الوسط الأكبر كثافة للأقل كثافة ، قانون سنل :
إذن معامل الانكسار النسبي من الوسط الأكبر كثافة إلى الوسط الأقل كثافة
= جيب الزاوية الحرجة =
العلاقة بين الزاوية الحرجة ومعامل الانكسار المطلق لوسط n :
عندما يكون (n2) هو الهواء :
أي أن : معامل الانكسار المطلق لوسط يتناسب تناسبا عكسيا مع زاويته الحرجة .
علل : الزاوية الحرجة للماس اقل من الزاوية الحرجة للزجاج .
جـ: لأن معامل انكسار الماس > معامل انكسار الزجاج .
أمثلة
1- إذا كان معامل الانكسار المطلق للزجاج = 1.5 فاحسب قيمة الزاوية الحرجة للزجاج بالنسبة للهواء
2- إذا كانت الزاوية الحرجة لوسط بالنسبة للهواء هي 45º فأحسب معامل الانكسار المطلق لهذا الوسط .
3- إذا كان معامل الانكسار للزجاج والماء هما على الترتيب 1.6 ، 1.33 فأحسب قيمة الزاوية الحرجة لنفاذ الضوء من الزجاج للماء
4- جسم نقطي موضوع في الماء فإذا كان الوسط الذي يعلو سطح الماء هو الهواء وانطلقت أشعه من الجسم فكانت زاويا سقوط بعضها على سطح الماء هو صفر ، ْ45، 45o, 48º ، ْ60 فهل تنكسر هذه الأشعة أم تنعكس أوجد زوايا انكسارها وانعكاسها علما بأن معامل الانكسار المطلق للماء 1.33 .
تطبيقات على الانعكاس الكلى
الألياف الضوئية البصرية
س : اشرح فكرة عمل الليفة الضوئية ؟
* فكرة عمل الليفة الضوئية *
تعتمد علي الانعكاس الكلي حيث اذا سقط الضوء علي احد طرفيها بزاوية اكبر من الزاوية الحرجة فإنه يعاني عدة انعكاسات متتالية حتي يخرج من الطرف الاخر في صورة حزمة رفيعة من الاشعة الضوئية .
التكوين : الليفة الضوئية هي أنبوبة رفيعة مصمتة من مادة مرنه شفافة ذات معامل انكسار كبير ( زجاج أو بلاستيك ) يصل قطرها حوالي 0.001 بوصة.
طريقة العمل : تثني بكيفية معينه بحيث يدخل الضوء من أحد طرفيها بزاوية سقوط أكبر من الزاوية الحرجة فيحدث له انعكاسات كليه متتالية حتى يخرج من طرفها الأخر في صورة حزمة رفيعة من الأشعة الضوئية .
مميزاتها: لا يحدث فقد في الطاقة الضوئية عند الانتقال عبر مسافات كبيرة وبإستخدام حزمة مرنه منها وضوء قوى كأشعة الليزر يمكن نقل الضوء لمسافات بعيدة واستخدامها كمنظار للفحوص الطبية للتشخيص والتصوير .
س: اذكر استخدام الألياف الضوئية ؟
ج- 1- تستخدم مع أشعة الليزر في الفحوص الطبية (عمل المناظير الطبية) .
2- تستخدم مع أشعة الليزر في إجراء الجراحات الدقيقة .
3- يستخدم الليزر في الاتصالات الكهربية عن طريق تحميل الضوء لملايين الإشارات الكهربية في كابل من الألياف الضوئية كما تستخدم في نقل الضوء لمسافات بعيدة
كيف تعمل الألياف الضوئية ؟
إذا كان لدينا انبوبه مجوفة ونظرنا من أحد طرفيها لنري جسم مضيئا في الطرف الأخر فإنه يمكن رؤيته أما إذا حدث انثناء للأنبوب المجوفة فلا يمكن رؤية الجسم المضيء إلا عن طريق وضع مرايا عاكسه عند مواضع مسار الشعاع الضوئي
( عند نقطة الانثناء ) وبتالي يمكن استخدام الألياف الضوئية عند سقوط شعاع ضوئي بزاوية سقوط أكبر من الزاوية الحرجة فإنه يحدث انعكاسات كليه ليخرج الشعاع بكامل طاقته من الطرف الأخر رغم انثناء هذه الألياف .