الدرس الأول: انكسار الضوء
المتوسط - الصف التاسع
مقدمة في انكسار الضوء
الضوء له أهمية بالغة في حياتنا، فهو سبب رؤيتنا للأشياء من حولنا. تعلمنا سابقاً أن الضوء ينعكس عن الأسطح، لكن ماذا يحدث عندما ينتقل الضوء من وسط شفاف إلى آخر مختلف؟ هل يستمر في مساره المستقيم أم ينحرف؟
عندما نضع قلماً في كأس به ماء، نرى القلم يبدو مكسوراً عند سطح الماء. هذا يدل على أن الأشعة الضوئية قد غيرت مسارها عندما انتقلت من الماء إلى الهواء.
أولاً: تعريف انكسار الضوء (Refraction of Light)
انكسار الضوء هو تغير مسار الضوء (انحرافه) عندما ينتقل بين وسطين شفافين مختلفين، بسبب تغير سرعته.
سرعة الضوء في الفراغ:
في الأوساط الشفافة:
تقل سرعة الضوء عن سرعته في الفراغ عند انتقاله في الهواء، الماء، أو الزجاج.
ثانياً: معامل الانكسار (Refractive Index)
تعريفه:
هو النسبة بين سرعة الضوء في الفراغ (c) وسرعة الضوء في ذلك الوسط (v).
● معامل الانكسار (n) كمية لا بعدية (ليس له وحدة).
● دائماً n > 1 لأن سرعة الضوء في الفراغ هي القصوى.
| المادة | معامل الانكسار (n) |
|---|---|
| الهواء | 1.0003 ≈ 1 |
| الماء | 1.33 |
| الزجاج | 1.52 |
| الماس | 2.42 |
مثال محلول: سرعة الضوء في الماء
احسب سرعة الضوء في الماء، علماً أن سرعته في الفراغ 3 × 10⁸ m/s ومعامل انكسار الماء 1.33.
ثالثاً: تمثيل الانكسار بالرسوم التخطيطية
لفهم سلوك الضوء، نستخدم رسماً يوضح العناصر التالية:
- زاوية السقوط (\theta_1): الزاوية بين الشعاع الساقط والعمود المقام.
- زاوية الانكسار (\theta_2): الزاوية بين الشعاع المنكسر والعمود المقام.
رابعاً: قانون الانكسار (قانون سنيل)
يربط قانون سنيل بين زوايا السقوط والانكسار ومعاملات الانكسار للوسطين:
من وسط أقل كثافة إلى أكبر كثافة (n₂ > n₁):
ينكسر الشعاع مقترباً من العمود المقام (\theta_2 < \theta_1).
من وسط أكبر كثافة إلى أقل كثافة (n₂ < n₁):
ينكسر الشعاع مبتعداً عن العمود المقام (\theta_2 > \theta_1).
مثال محلول: تطبيق قانون سنيل
انتقل شعاع ضوئي من الماء (n=1.33) إلى وسط شفاف، فكانت زاوية السقوط 45° وزاوية الانكسار 38°. احسب معامل انكسار الوسط.
بالرجوع للجدول، الوسط هو الزجاج تقريباً.
مراجعة الدرس:
س: لماذا يبدو القلم مكسوراً في الماء؟
ج: بسبب انكسار الأشعة الضوئية عند انتقالها من الماء إلى الهواء، مما يغير مسارها ويجعل العين ترى صورة وهمية للجزء المغمور في موقع مختلف.
س: ماذا يحدث إذا سقط الشعاع عمودياً؟
ج: يستمر الشعاع في مساره دون انحراف (زاوية الانكسار = 0)، ولكن سرعته تتغير حسب معامل انكسار الوسط.
خلاصة الدرس:
- •الانكسار هو انحراف الضوء بسبب تغير سرعته بين وسطين.
- •معامل الانكسار (n) هو نسبة سرعة الضوء في الفراغ إلى سرعته في الوسط.
- •قانون سنيل: n₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂.
- •ينكسر الضوء مقترباً من العمود عند الانتقال لوسط أكثر كثافة ضوئية.