مدرستي
العلوم الفيزيائية والتكنولوجيا

الظواهر الضوئية مفهوم الخيال : الصورة الافتراضية "الخيال" المعطاة بمرآة مستوية - قانونا الإنعكاس - مجال مرآة مستوية

قانونا الانعكاس والتحقيق التجريبي — مبدأ رجعان الضوء

🔊 المعلّمة تقرأ لك
حين ترمي كرة على جدار فترتدّ، تلاحظ أنّها لا ترجع إليك من حيث أتت إلّا إذا رميتها عموديا على الجدار؛ وكلّما رميتها أكثر ميلا ابتعد ارتدادها أكثر. والضوء يفعل الشيء نفسه: خذ مرآة صغيرة تحت الشمس وحاول أن تصيب بها نقطة معيّنة على جدار الغرفة. هل يرتدّ الضوء عن المرآة في أيّ اتّجاه كان، أم أنّ لارتداده قانونا يضبطه؟
🎓في نهاية هذا الدرس ستكون قادرا على:
  • تسمية عناصر ظاهرة الانعكاس: الشعاع الوارد والشعاع المنعكس والناظم ونقطة الورود
  • تعريف زاوية الورود وزاوية الانعكاس، ومعرفة أنّهما تُقاسان من الناظم لا من المرآة
  • التحقّق تجريبيا من قانوني الانعكاس بواسطة قرص بصري مدرّج
  • تطبيق القانون الثاني لحساب زاوية الانعكاس انطلاقا من زاوية الورود
  • تفسير مبدأ رجعان الضوء والاستدلال به على أنّ مسير الضوء لا يتوقّف على جهة انتشاره
🔑يفترض هذا الدرس أنّك تتقن:
  • أنّ الضوء ينتشر في خطّ مستقيم في وسط شفاف ومتجانس
  • نموذج الشعاع الضوئي لتمثيل انتشار الضوء
  • قياس زاوية بالمنقلة، ومعنى مستقيمين متعامدين

مفردات ظاهرة الانعكاس

كلّ اسم في هذا الدرس يقرأ على هذا المخطّط: احفظه قبل أن تحفظ القانونين
مصطلحات ظاهرة الانعكاس
  • الشعاع الوارد: هو الشعاع الضوئي المنبعث من المنبع الضوئي والساقط على المرآة المستوية.
  • الشعاع المنعكس: هو الشعاع الضوئي المنعكس على المرآة المستوية.
  • السطح العاكس: هو سطح المرآة المستوية الذي يعكس الشعاع الوارد.
  • الناظم: هو المستقيم العمودي على المرآة المستوية عند نقطة الورود.
  • نقطة الورود: هي نقطة تقاطع كلّ من الشعاع الوارد والشعاع المنعكس والناظم على السطح العاكس.
  • زاوية الورود: هي الزاوية الكائنة بين الشعاع الوارد والناظم على السطح العاكس، ويرمز لها بالرمز î.
  • زاوية الانعكاس: هي الزاوية المحصورة بين الشعاع المنعكس والناظم على السطح العاكس، ويرمز لها بالرمز r̂.
  • مستوى الورود: هو المستوي الذي يشمل الشعاع الوارد والناظم على السطح العاكس.
  • مستوى الانعكاس: هو المستوي الذي يشمل الشعاع المنعكس والناظم على السطح العاكس.
تُقاس الزاويتان دائما من الناظم، لا من سطح المرآة. وهذا هو الخطأ الأكثر شيوعا في التمارين: إن أعطاك التمرين الزاوية بين الشعاع والمرآة فاطرحها من 90 درجة أوّلا، ثمّ طبّق القانون.

نشاط: التحقيق التجريبي لقانوني الانعكاس

🧭الهدف: التأكّد تجريبيا من موضع الشعاع المنعكس في الفضاء، ومن العلاقة بين زاوية الورود وزاوية الانعكاس.

🧰الأدوات:

  • مرآة مستوية
  • منبع ضوئي نقطي من نوع الليزر، قابل للدوران في مستوي القرص
  • قرص بصري مدرّج

📌التجربة:

  1. نثبّت المرآة المستوية على القرص البصري بحيث يقع مركزها في مركز التدريج.
  2. نضبط التركيب التجريبي حتّى نرى الحزمة الضوئية الواردة من المنبع على سطح القرص وهي تلاقي مركز المرآة المستوية.
  3. نقرأ على التدريج قيمة زاوية الورود ثمّ قيمة زاوية الانعكاس.
  4. ندير المنبع فنغيّر زاوية الورود، ونعيد القراءتين عدّة مرّات.

🔍الملاحظة: يقع كلّ من الشعاع المنعكس والشعاع الوارد في المستوي نفسه، وهو مستوى الورود، أي على سطح القرص نفسه. ومهما غيّرنا زاوية الورود وجدنا زاوية الانعكاس مساوية لها.

القرص المدرّج يحوّل الملاحظة إلى قياس: الزاويتان تُقرآن مباشرة بالدرجات
في ظاهرة الانعكاس الضوئي على مرآة مستوية، ينتمي الشعاع المنعكس إلى مستوى الورود، وتتساوى زاوية الورود مع زاوية الانعكاس.

قانونا الانعكاس

القانون الأوّل لظاهرة الانعكاس: ينتمي الشعاع المنعكس إلى مستوى الورود، وهو المستوي الذي يشمل الشعاع الوارد والناظم على السطح العاكس. أي أنّ الشعاع المنعكس لا يخرج من هذا المستوي أبدا.

القانون الثاني لظاهرة الانعكاس: في ظاهرة الانعكاس الضوئي على مرآة مستوية، تتساوى زاوية الورود مع زاوية الانعكاس.

القانون الثاني للانعكاس
î = r̂
îزاوية الورود(°)r̂زاوية الانعكاس(°)
مثال 1: من زاوية الورود إلى زاوية الانعكاس

🎯المطلوب: شعاع ضوئي يرد على مرآة مستوية بزاوية ورود قدرها 32 درجة. احسب زاوية الانعكاس، ثمّ الزاوية المحصورة بين الشعاع الوارد والشعاع المنعكس.

📌المعطى
î = 32°
🔹الخطوة 1: زاوية الانعكاس

نطبّق القانون الثاني: الزاويتان متساويتان مهما كانت قيمة زاوية الورود

r̂=î=32°
🔹الخطوة 2: الزاوية بين الشعاعين

الشعاعان يقعان على جانبي الناظم، فالزاوية بينهما هي مجموع الزاويتين

î + r̂ = 32° + 32°
✅النّتيجة
î + r̂ = 64°
مثال 2: حين تُعطى الزاوية مع سطح المرآة

🎯المطلوب: شعاع ضوئي يرد على مرآة مستوية فيصنع مع سطحها زاوية قدرها 25 درجة. احسب زاوية الورود ثمّ زاوية الانعكاس.

📌المعطى
α = 25°
🔹الخطوة 1: زاوية الورود

الناظم عمودي على المرآة، فزاوية الورود وزاوية الشعاع مع المرآة متتامّتان

î=90° − 25°=65°
✅النّتيجة

والآن فقط نطبّق القانون الثاني

r̂=î=65°

مبدأ رجعان الضوء

السهمان المتعاكسان هما كلّ الفكرة: المسار نفسه يُقطع في الاتّجاهين

رأينا أنّ شعاعا واردا يأتي من الجهة S ينعكس على المرآة فيمضي نحو الجهة R. فإذا عكسنا الأمر وجعلنا الضوء يأتي من جهة R، فكيف يرتدّ عن السطح؟ لن تتغيّر زاوية الورود عن قيمتها، ولن يتغيّر الناظم، فالقانون الثاني يعطي المسار نفسه مقروءا من آخره.

مسار الضوء ذهابا
S → I → R
مسار الضوء إيابا
R → I → S
مبدأ رجعان الضوء: إذا سلك الضوء مسارا من نقطة إلى أخرى، فإنّه يسلك المسار نفسه إذا انطلق من النقطة الثانية نحو الأولى. وبالتالي: لا يتوقّف المسير الذي يتبعه الضوء على جهة انتشاره.
لا تخلط بين «تساوي الزاويتين» و«رجوع الشعاع من حيث أتى». الشعاع لا يرجع على نفسه إلّا في حالة واحدة: حين يرد عموديا على المرآة، أي حين تكون زاوية الورود معدومة. في كلّ الحالات الأخرى يمضي المنعكس في جهة أخرى، وإن بقي المسار صالحا للقطع في الاتّجاهين.
المصطلحات العلمية
العربيةfrançaisenglish
الشعاع الواردRayon incidentIncident ray
الشعاع المنعكسRayon réfléchiReflected ray
الناظمNormaleNormal
زاوية الورودAngle d'incidenceAngle of incidence
زاوية الانعكاسAngle de réflexionAngle of reflection
رجعان الضوءRetour inverse de la lumièreReversibility of light
مصطلحات هذا الدرس بثلاث لغات
🎓 نحو شهادة التّعليم المتوسّط. يأتي هذا الدرس في سؤال «اذكر قانوني الانعكاس»، أو «احسب زاوية الانعكاس ومثّل الشعاع المنعكس»، أو «ما مسار الشعاع إذا عكسنا جهة انتشاره؟». ثلاثة عناصر جاهزة: ① المفردات: الشعاع الوارد، والشعاع المنعكس، والناظم، ونقطة الورود ② القانونان: الشعاع المنعكس يبقى في مستوى الورود، وزاوية الانعكاس تساوي زاوية الورود ⁦î = r̂⁩، والزاويتان تُقاسان من الناظم لا من المرآة ③ مبدأ رجعان الضوء: مسير الضوء لا يتوقّف على جهة انتشاره، فإذا كان المسار ⁦S → I → R⁩ أمكن أن يكون ⁦R → I → S⁩. ⛔ والخطأ الشائع: الخلط بين تساوي الزاويتين ورجوع الشعاع من حيث أتى ؛ الشعاع لا يرجع على نفسه إلّا إذا ورد عموديّا على المرآة، أي حين تكون زاوية الورود معدومة. وخطأ ثانٍ: قياس الزاويتين من سطح المرآة بدل الناظم.
ينعكس الضوء على المرآة المستوية وفق قانونين اثنين: الشعاع المنعكس يبقى في مستوى الورود، وزاوية الانعكاس تساوي زاوية الورود، والزاويتان تُقاسان من الناظم لا من المرآة. وما دام القانون لا يميّز بين جهتي المسار، فإنّ مسير الضوء لا يتوقّف على جهة انتشاره: هذا هو مبدأ رجعان الضوء.

الصفحة 1/7

© مدرستي — هذا الدرس من تأليف مدرستي · madrassati.net