الفصل 7 في الكتاب الرسمي: تغيّر مسار الضوء
في نهاية هذا الدرس أكون قادرًا على:
- أفسّر انتشار الضوء في الليف البصري بالانعكاس الكلّي
- أذكر استعمالات الألياف البصرية في الطبّ والاتّصالات
- أفسّر دور الموشورات في المناظير وبريق الماس
- أفسّر ظاهرة السراب بتغيّر انكسارية الهواء
أستكشف ثمّ أستنتج
الوضعية
وُجّه شعاع ليزر ضعيف نحو طرف قضيب منحنٍ من البليكسيقلاس. لوحظ أنّ الضوء يخرج من الطرف الآخر رغم انحناء القضيب، وأنّه لا يكاد يخرج من جوانبه. ثمّ وُجّه الشعاع في تيّار ماء ينساب من ثقب في جانب قارورة، فتبع الضوء انحناء التيّار وأضاء نقطة سقوطه.
ألاحظ
- لماذا لا يخرج الضوء من جوانب القضيب؟
الجواب
لأنّه يصل إلى الجدار بزاوية ورود أكبر من الزاوية الحدّية (≈ 42°) فيحدث انعكاس كلّي.
- كيف يتقدّم الضوء داخل القضيب المنحني؟
الجواب
بسلسلة من الانعكاسات الكلّية المتتالية من جدار إلى آخر.
- ماذا يُبيّن تيّار الماء المضيء؟
الجواب
أنّ الماء أيضًا يمكنه «حبس» الضوء بالانعكاس الكلّي (λ ≈ 48,6°).
أستنتج
تستغلّ عدّة تطبيقات الانعكاس الكلّي:
- الليف البصري: خيط رفيع جدًّا من زجاج أو بلاستيك شفّاف، له قلب أكثر انكسارية يحيط به غلاف أقلّ انكسارية. يسير فيه الضوء بانعكاسات كلّية متتالية دون أن يخرج، حتّى لو انحنى الليف.
- الموشور قائم الزاوية: يعمل كمرآة ممتازة (i = 45° أكبر من 42°)، يُستعمل في المناظير (البيريسكوب) والمنظار الثنائي.
- الماس: زاويته الحدّية صغيرة (≈ 24°) فينعكس الضوء داخله مرّات كثيرة قبل أن يخرج: ذلك سرّ بريقه.
أمّا السراب فيفسَّر بالانكسار: طبقات الهواء الساخنة قرب الأرض أقلّ انكسارية، فتنحني أشعّة السماء نحو الأعلى وتصل إلى العين كأنّها آتية من الأرض.
1. الليف البصري
| المجال | الاستعمال |
|---|---|
| الاتّصالات | نقل المكالمات والإنترنت والتلفزة على شكل نبضات ضوئيّة لمسافات طويلة، منها كوابل بحرية تربط تونس بأوروبا |
| الطبّ | المنظار الطبّي (التنظير الداخلي): حزمة ألياف تنقل الضوء إلى داخل المعدة وأخرى تنقل الصورة إلى الطبيب |
| الإنارة والزينة | مصابيح ولوحات مضيئة بالألياف |
2. المنظار بالموشورات
في المنظار (البيريسكوب) يغيّر كلّ موشور اتّجاه الضوء بـ 90° بانعكاس كلّي، فيرى الملاحظ ما فوق الحاجز أو ما فوق سطح الماء في الغوّاصة. يفضَّل الموشور على المرآة المعدنية لأنّه يعكس الضوء كلّه ولا يتآكل.
3. السراب
في يوم حارّ يظهر على طريق مسفلت أو في الصحراء التونسية ما يشبه بركة ماء تعكس السماء. الأرض الساخنة تسخّن طبقة الهواء الملاصقة لها فتصبح أقلّ كثافة وأقلّ انكسارية من الطبقات العليا. ينتقل الضوء الآتي من السماء من طبقة إلى طبقة أقلّ انكسارية فيبتعد تدريجيًّا عن العمود، ثمّ ينعكس كلّيًّا قرب الأرض ويصعد نحو العين: نرى «صورة» للسماء على الأرض.
السراب ليس خداعًا للعقل فقط: إنّه ظاهرة ضوئيّة حقيقية يمكن تصويرها بآلة تصوير.
4. الماس والعاكسات
يُقطع الماس بأوجه كثيرة محسوبة الزوايا حتّى يصل الضوء إلى أوجهه الخلفية بزوايا أكبر من 24° فينعكس كلّيًّا ويعود نحو الملاحظ. وفي العاكسات الخلفية للدرّاجات والسيّارات تُرجع موشورات صغيرة الضوء نحو مصدره بانعكاسين كلّيين.
أحلّل وثيقة
حاول الإجابة قبل قراءة التحليل.
في ليف بصري يصل الضوء إلى السطح الفاصل بين القلب والغلاف بزاوية ورود أكبر من الزاوية الحدّية بينهما.
الحلّ خطوة بخطوة
- الضوء ينتقل من القلب (أكثر انكسارية) إلى الغلاف (أقلّ انكسارية): الشرط الأوّل محقّق.
- زاوية الورود أكبر من الزاوية الحدّية: الشرط الثاني محقّق.
- يحدث انعكاس كلّي، ويتكرّر عند كلّ وصول إلى الجدار.
✓ يُحبس الضوء داخل القلب بانعكاسات كلّية متتالية حتّى نهاية الليف.
في منظار بموشورين قائمَي الزاوية، يصل الضوء إلى وتر كلّ موشور بزاوية 45°.
الحلّ خطوة بخطوة
- 45° أكبر من 42°: انعكاس كلّي في كلّ موشور.
- الزاوية بين الشعاع الوارد والمنعكس 45° + 45° = 90°: يدور الشعاع 90°.
- الموشور الأوّل يوجّه الضوء نحو الأسفل، والثاني يعيده أفقيًّا نحو العين.
✓ بعد موشورين يخرج الضوء موازيًا لاتّجاهه الأصلي لكن في مستوى أخفض.
انتبه! أخطاء شائعة
ما يجب أن أحفظه
- الليف البصري: قلب أكثر انكسارية وغلاف أقلّ، والضوء يتقدّم بانعكاسات كلّية.
- يستعمل في الاتّصالات والمنظار الطبّي.
- الموشور القائم يعكس الضوء كلّيًّا (45° أكبر من 42°).
- بريق الماس: زاوية حدّية صغيرة ≈ 24°.
- السراب: انحناء الضوء في هواء ساخن أقلّ انكسارية قرب الأرض.
📚 مصطلحات الدرس
مصطلحان من هذا الدرس في القاموس المدرسي: التعريف ومقابله بالفرنسية، ومثال.
اختبر نفسك
4 أسئلة · إصلاح فوري1. ينتشر الضوء في الليف البصري بفضل:
2. قلب الليف البصري بالنسبة إلى غلافه:
3. يُفسَّر السراب ب:
4. الموشور في المنظار يغيّر اتّجاه الضوء ب:
سلسلة تمارين الدرس
كلّ التمارين ←6 تمارين من ثلاثة مستويات، بأسئلة جديدة في كلّ محاولة.
- صحيح أم خطأ؟لم يُنجز
- أكمل بالكلمة المناسبةلم يُنجز
- أختار الإجابة الصحيحةلم يُنجز
- أصنّفلم يُنجز
- وضعية مشكل 1لم يُنجز
- وضعية مشكل 2لم يُنجز
تدرّب على: تطبيقات لتغيّر مسار الضوء
صحيح أم خطأ، أكمل، اختر، صنّف، ووضعيات: إصلاح فوري مع التعليل.
فهمت الدرس؟ جرّب بنفسك
6 تمارين · التصحيح فورًا · أعداد جديدة في كلّ محاولة
ابدأ التمارين