الفصل 7 · تغيّر مسار الضوءالدرس 25 من 308 تمارين

انكسار الضوء

تغمس قلمًا في كأس ماء فيبدو مكسورًا عند سطح الماء، وتبدو قاعدة المسبح أقرب ممّا هي عليه: ماذا يحدث للضوء عند سطح الماء؟

أعرف الدرس؟ انتقل مباشرة إلى التمارين

الفصل 7 في الكتاب الرسمي: تغيّر مسار الضوء

في نهاية هذا الدرس أكون قادرًا على:

  • أتعرّف على ظاهرة الانكسار والشعاع المنكسر وزاوية الانكسار
  • أقارن زاوية الانكسار بزاوية الورود عند المرور إلى وسط أكثر انكسارية
  • أطبّق قانونَي الانكسار برسم مسار شعاع
  • أفسّر ظواهر يومية: القلم المكسور، العمق الظاهري

أستكشف ثمّ أستنتج

1

الوضعية

وُضع نصف أسطوانة من البليكسيقلاس في مركز قرص مدرّج، ووُجّهت حزمة ضوئيّة رقيقة من الهواء نحو مركز وجهه المسطّح. قيست زاوية الانكسار r لعدّة قيم من زاوية الورود i، ثمّ أعيدت التجربة بنصف قرص مملوء ماءً:

i (°)020406080
r في الماء (°)015294148
r في الزجاج (°)013253541
2

ألاحظ

  • قارن r و i عندما تكون i مخالفة لـ 0°.
    الجواب

    دائمًا r أصغر من i: الشعاع المنكسر يقترب من العمود.

  • ماذا يحدث عندما تكون ⁦i = 0⁩°؟
    الجواب

    يمرّ الشعاع دون انحراف: لا يحدث انكسار في الورود العمودي.

  • في أيّ وسط يكون الانكسار أكبر؟
    الجواب

    في الزجاج: r أصغر فالشعاع يقترب أكثر من العمود؛ الزجاج أكثر انكسارية من الماء.

3

أستنتج

الانكسار هو تغيّر اتّجاه انتشار الضوء عند مروره من وسط شفّاف إلى وسط شفّاف آخر. زاوية الانكسار r هي الزاوية بين الشعاع المنكسر والعمود.

  • القانون الأوّل: الشعاع الوارد والعمود والشعاع المنكسر في مستوى واحد، والشعاع المنكسر في الجهة الأخرى من العمود.
  • القانون الثاني: عند المرور من وسط إلى وسط أكثر انكسارية (من الهواء إلى الماء أو الزجاج) يقترب الشعاع المنكسر من العمود: r أصغر من i. وعند المرور في الاتّجاه المعاكس يبتعد عن العمود.

تُميَّز انكسارية الوسط بـقرينة الانكسار n: الهواء ⁦≈ 1⁩، الماء 1,33، الزجاج ⁦≈ 1,5⁩.

1. رسم الانكسار

الهواءالماء ⁦(n = 1,33)⁩NN'⁦i = 50⁩°⁦r ≈ 35⁩°الشعاع الواردالشعاع المنكسرلو لم ينكسرI
عند المرور من الهواء إلى الماء ينكسر الشعاع مقتربًا من العمود: ⁦i = 50⁩° تعطي ⁦r ≈ 35⁩°

يبقى جزء ضعيف من الضوء منعكسًا على السطح الفاصل، لكنّ معظمه ينكسر ويدخل الماء.

2. قرائن الانكسار

الوسطقرينة الانكسار nملاحظة
الهواء⁦≈ 1,00⁩أقلّ الأوساط انكسارية
الماء1,33
البليكسيقلاس⁦≈ 1,5⁩زجاج عضوي
الزجاج العادي⁦≈ 1,5⁩
الماس⁦≈ 2,42⁩شديد الانكسارية

كلّما كانت قرينة الوسط الثاني أكبر، اقترب الشعاع المنكسر أكثر من العمود. مثلًا لزاوية ورود 60° في الهواء: ⁦r ≈ 41⁩° في الماء و ⁦r ≈ 35⁩° في الزجاج.

3. القلم المكسور والعمق الظاهري

سطح الماء
يبدو القلم مكسورًا عند سطح الماء بسبب انكسار الضوء

الأشعّة الآتية من الجزء المغمور تنكسر عند خروجها من الماء إلى الهواء فتبتعد عن العمود. تبدو للعين آتية من نقطة أعلى من موضعها الحقيقي: لذلك يبدو القلم مكسورًا، ويبدو قاع المسبح أو الحوض أقلّ عمقًا ممّا هو عليه (العمق الظاهري يقارب ثلاثة أرباع العمق الحقيقي عند النظر عموديًّا).

سلامة: لا تقفز في ماء لا تعرف عمقه؛ قد يكون أعمق ممّا يبدو.

4. الانعكاس والانكسار معًا

في الانعكاس يبقى الضوء في الوسط نفسه و ⁦r = i⁩؛ في الانكسار ينتقل إلى الوسط الثاني و r تختلف عن i (إلّا في الورود العمودي). عند السطح الفاصل بين الهواء والماء تحدث الظاهرتان معًا، ولذلك نرى انعكاس السماء على سطح البحيرة ونرى الأسماك تحته.

أحلّل وثيقة

حاول الإجابة قبل قراءة التحليل.

مثال 1قراءة جدول ورسم

شعاع ينتقل من الهواء إلى الماء بزاوية ورود 40°. حسب جدول القياسات ⁦r ≈ 29⁩°.

الحلّ خطوة بخطوة
  1. نرسم العمود في نقطة الورود.
  2. ننقل الزاوية 29° بالمنقلة في الماء في الجهة الأخرى من العمود.
  3. الزاوية بين الشعاع المنكسر والسطح 90° ⁦− 29⁩° ⁦= 61⁩°؛ وانحراف الشعاع عن اتّجاهه الأصلي 40° ⁦− 29⁩° ⁦= 11⁩°.

✓ الشعاع المنكسر يصنع 29° مع العمود: انحرف بـ 11° مقتربًا منه.

مثال 2التعرّف على الوسط الأكثر انكسارية

شعاع بزاوية ورود 50° ينكسر بزاوية 35° في سائل (أ)، وبزاوية 31° في سائل (ب).

الحلّ خطوة بخطوة
  1. في الحالتين r أصغر من i: كلاهما أكثر انكسارية من الهواء.
  2. في (ب) اقترب الشعاع أكثر من العمود (31° أصغر من 35°).
  3. إذن (ب) أكثر انكسارية من (أ).

✓ السائل (ب) أكثر انكسارية (قرينته أكبر).

انتبه! أخطاء شائعة

✗ ينكسر الشعاع حتّى في الورود العموديإذا كانت ⁦i = 0⁩° يمرّ الشعاع دون انحراف.
✗ في الانكسار يبتعد الشعاع دائمًا عن العموديقترب منه عند الدخول إلى وسط أكثر انكسارية، ويبتعد عنه في الحالة المعاكسة.
✗ القلم ينكسر فعلًا داخل الماءالقلم سليم؛ الضوء هو الذي ينكسر عند السطح الفاصل فيخدع العين.

ما يجب أن أحفظه

  • الانكسار: تغيّر اتّجاه الضوء عند مروره من وسط شفّاف إلى آخر.
  • زاوية الانكسار r تُقاس بين الشعاع المنكسر والعمود.
  • من الهواء إلى الماء أو الزجاج: r أصغر من i، يقترب الشعاع من العمود.
  • قرينة الماء 1,33 والزجاج ⁦≈ 1,5⁩.
  • في الورود العمودي لا يحدث انحراف.

📚 مصطلحات الدرس

3 مصطلحات من هذا الدرس في القاموس المدرسي: التعريف ومقابله بالفرنسية، ومثال.

اختبر نفسك

4 أسئلة · إصلاح فوري

1. عند مرور الضوء من الهواء إلى الماء بشكل مائل:

2. زاوية الانكسار تُقاس بين الشعاع المنكسر و:

3. قرينة انكسار الماء:

4. شعاع يرد بزاوية 0° على سطح ماء:

سلسلة تمارين الدرس

كلّ التمارين ←

8 تمارين من ثلاثة مستويات، بأسئلة جديدة في كلّ محاولة.

المستوى 1تطبيق مباشر
المستوى 2تدريب
المستوى 3نمط المناظرة

تدرّب على: انكسار الضوء

صحيح أم خطأ، أكمل، اختر، صنّف، ووضعيات: إصلاح فوري مع التعليل.

فهمت الدرس؟ جرّب بنفسك

8 تمارين · التصحيح فورًا · أعداد جديدة في كلّ محاولة

ابدأ التمارين
الدرس 25 · 8 تمارينتمرّن الآن