البصرية الفيزياء مادةالثانية المرحلة

إعداد حسام. مصطفى د

الضوء : طبيعة األول الفصل

التعريف الضوء : هذا مر وقد الرؤية ويسبب العين على يؤثر الذي اإلشعاع ذلك هوفي يتدخل ال طبيعي تعريف وهو هذه بصيغته أصبح أن إلى متعددة تاريخية بمراحل

. للضوء الطبيعية أو الدقيقة التفاصيلهو ولكن للضوء العلمي التعريف أو لضوء الدقيق عبارة [ التعريف الضوء أن

ت مستعرضة كهرومغناطيسية موجات هيئة على ينتشر اضطراب اإلحساس عن ثيراإلنسان عين في الضوء )بالرؤية سرعة تتحول ( m/s 108×3وتبلغ إشعاعية طاقة وله

لمبد تحقيقا الطاقة من المعروفة األخرى األنواع تفنى ) أإلى ال الطاقة الطاقة حفظ.[) العدم من تستحدث وال

جد واسع مدى على تمتد الكهرومغناطيسية بالطيف الموجات يسمى ما وهو االموجى الطول ذات جاما أشعة من ويبدأ موجات 17m-10 × 3الكهرومغناطيسى إلى

. فإن الكهرومغناطيسى الطيف هذا ومن بالكيلومترات تقاس التي الطويلة الراديوجد ضيق شريط عبر تمتد اإلنسان عين تراها التى الموجية بين األطوال يقع منه ا

)حوالي 7×10-7m) و األحمر . (7m-10×4)للون الطيفية المناطق و البنفسجى للونالشريط لهذا ف  المجاورة أيضا عليها األشعة ييطلق منطقة هى و ضوء العادة

المجاورة  تحت البنفسجية فوق األشعة منطقة و الحمراء للمنطقة المجاورة الحمراء . اآلخر الجانب على البنفسجية للمنطقة

من كذلك و بها اكتشفت التي التجارب بداللة للضوء المعروفة الخواص جميع توصفتصنيف يمكن انه إال متعددة خواص التجارب اتخاذ من وبالرغم اإليضاحية التجارب خالل

: وهي عناوين ثالثة تحت التجارب1. الهندسـية- البصريات2.) الطبيعة- ) الموجية البصريات3. الكمية- البصريات

الضوء، سرعة مستقيمة، خطوط في الضوء انتشار دراسة وتشمل الهندسية البصرياتواألجهزة السطوح، عند الضوء خواص التشتت، االنكسار، االنعكاس، الضوء، خواص

. البحث هذا في يهمنا الذي وهذا والمرايا العدسات البصرية،واألطياف المزدوج االنكسار االستقطاب، الحيود، التداخل، هي الموجية البصريات

الضوئية.وتوزيعات االحتمالية وكثافة الذرية المدرات دراسة وتشمل الكمية البصريات

حسب والكمان األجسام عن الصادرة اإلشعاع كمية و الطاقة ومستويات االلكتروناتلبل الكم .انظرية وجاما وبيتا ألفا وجسيمات اكس وأشعة الليزر وأشعة نك

انتشاره : وطبيعة الضوء

اليومية حياتنا في يوجد ال لدرجة جدا فائقة وبسرعة االتجهات جميع في الضوء ينتشرخطوط في الضوء انتشار يكون ، الضوء من أسرع يتحرك أنه للقول يدعونا شيء أي

أي على أو عليه الضوء سقوط عند ظل هناك معين جسيم لكل فان لذلك مستقيمة

علمي مبدأ هو مستقيمة بخطوط الضوء انتشار بأن القول يمكن لذلك ، منه يصدر شيآخر تحقيق أو تطبيق هو بالكاميرات الضوء تكون فإن وكذلك الظل مشاهدة من يتحقق

. المبدأ لهذاأو المضيئة األجسام من المستقبلة اإلشعاعية الطاقة باختالف العين حساسية تختلف

ضوء وهو العادي للضوء المكونة المختلفة األلوان بين التمييز على قادرة والعين المرئيةحيث اآلخر اللون عن مختلفة خواص لون ولكل األرض لسطح الواصل المرئي الشمس

الضوء بين الضوئية للموجات أي لأللوان الرؤية أو التمييز في العين حساسية حد تقعموجته ) طول اإلحساس ( A7000وإلى ( ) A4000الذي حدود هما القيمتين هاتين أي

بالرؤية. شدة كانت إذا الحدود هذه عن خارج موجة بطول ضوء تكشف أن ايضا للعين لكن

االلكترونية والكاشفات الفوتوغرافية األلواح وتستخدم كافية لدرجة عالية الضوءالمذكورة ) الحدود خارج وخاصة البشرية العين عن بدال اإلشعاع عن للكشف الحساسة

A4000 - A 7000 )المرئي )و الضوء بحدود تعرف الحدود (.visible lightهذه

واستنادا الضوء طبيعة حسب تعريف نعطي أن فيمكن للضوء السابق تعريفنا وحسب ) موجات) هيئة على ينتشر كهرومغناطيسي اضطراب عن عبارة بأنه النظريات إلى

التالية بالعوامل عامة الموجة وتتميز مستعرضةالموجة- )1 .aسعة بالمتر( الموجة- )2 .λطول بالمتر( الموجة- )3 .ѵسرعة / ثانية( متر.fالتردد- )4 / ثانية( دورة أي بالهرتز

5( الموجي- يساوي( ) kالعدد والذي طول وحدة لكل الموجات عدد 2πأيλ m-1.)

6( الزاوية- يساوي( ) ωالسرعة ω=2πوالذي f.)

كالتالي ) تعطى الموجات بسرعة الخاصة (.ѵ = f ×λالعالقة

هو والمستخدم جدا صغيرة بوحدات األطوال تقاس والموجات البصريات علم وفيالنانومتر )(μ)الميكرومتر االنجستروم( )nmو -1A = 10-10 m , 1 μ = 10 حيث( : Aو

6m , 1nm = 10-9m

الضوء مصدر هي فقط الشمس أن يعني ال وهذا الشمس هي حولنا الضوء ومنبع. اإلنارة مصابيح مثل الزيتية المصابيح ومن الكهرباء من الضوء على نحصل فمثال الوحيد

الضوء : سرعة

حدث أي أن يعتقد كان كما النهائية بسرعة ينتقل الضوء أن يعتقدون الفلكيون كانالوقت في الكون في األخرى النقاط جميع في يالحظ الكون في مكان أي في يحدث

ذاته.

عام الضوء سرعة يقيس أن حاول قد جاليلو أن تلك 1600ويقال في ينجح لم ولكنة مأسرع شي يوجد ال أي النهائية الضوء سرعة أن وأقتنع متعددة محاوالت بعد إال الفترة

. الضوء منعام في كوكب 1849ولكن على الضوء لسرعة مطلقة قيمة بإعطاء فيزو العالم نجح م

وهي هي( )m/s 108 × 2.9999) األرض المطلقة الضوء سرعة فان الفضاء في ×3أما108 m/s )الحسابات في له قيمة ال البسيط الفرق هذا المادية .أما األوساط في أما

بين معادلة وضع نستطيع حيث الوسط خواص على معتمدة بسرعة الضوء فينتقل ( الوسط في الضوء ) vسرعة ) الفراغ في الضوء ( cوسرعة :حيث

n = c / v

.vحيث ) المادي( الوسط في الضوء سرعةالفراغ ( .cو) في الضوء سرعة( n) و سرعة ال الفراغ في الضوء سرعة نسبة يمثل حيث للوسط االنكسار معامل

. الوسط في الضوء. الفراغ في الضوء سرعة أرباع ثالثة هي الماء في الضوء سرعة مثال

. الفراغ في الضوء سرعة ثلثي هي بالزجاج الضوء وسرعةالضوء : سلوك تفـسر نظريات

في امتصاصه أو إختراقه أو اصطدامه عند الضوء ظواهر لتفسير نظريات عدة ظهرت: منها األوساط

1. لنيوتن- الدقائق نظرية2. الكهرومغناطيسية- للموجات ماكسويل نظرية3. للفوتـون- اينشتاين نظرية4. الكمية- الموجية النظرية

لنيوتن- :1 الدقائق نظرية

تسير و المرونة تامة كروية دقيقة جسيمات منة تنبعث المضيء الجسم أن نيوتن تصور . هذه حركة وتكون كثافته حسب آخر إلى وسط من وتختلف جدا كبيرة منتظمة بسرعة

استدل وقد الواحد المتجانس الوسط في مستقيمة خطوط في الكروية الجسيماتالسقوط زاوية فأن عاكس بسطح تصطدم عندما الضوئية األشعة أن على نيوتن

زاوية بحيث مرتدة أملس بسطح المرونة تامة كرة كاصطدام االنعكاس زاوية تساوي. انعكاسها زاوية تساوي سقوطها

الكروية الجسيمات هذه تخترق عندما نيوتن فسره قد فأنه االنكسار ظاهرة في أماوسط كل داخل تنكسر فأنها الزجاج أو الماء مثل الكثافة مختلفة اوساطا الضوئية . الهواء مثل كثافة اقل وسط من الضوء انتقال فعند لها المستقيم المسار عن وتنحرف

إلى الضوئية الجسيمات هذه يحرف المائي الوسط فأن الماء مثل كثافة أكثر وسط إلىبحيث تقل سوف المنكسر الضوء لسرعة الرأسية المركبة أن ذلك ومعنى أسفل

الوسطين . بين الفاصل السطح على العمود من الضوئية الكروية الجسيمات تقتربسوف الكثيف الوسط في الضوء سرعة أن أي المحصلة السرعة تزداد سوف وبذلك ( تعتمد الضوء سرعة أن أي الخفيف الوسط في الضوء سرعة من أكبر وتصبح تزداد

.) للوسط الضوئية الكثافة علىيمكن ما اكبر تكون الضوء سرعة أن حيث العلمية التجارب ويخالف صحيح غير وهذاالفراغ في ذروتها في الضوء سرعة فأن للوسط الكثافة قلت كلما تزداد أي الفراغ في

. واالستقطاب والتداخل الحيود ظاهرة تفسير في نيوتن نظرية فشلت وبالتالي

الكهرومغناطيسية- : 2 للموجات ماكسويل نظرية

. أي الضوء سرعة تساوي سرعتها كهرومغناطيسية موجة هو الضوء أن ماكسويل وجدالشحنة ليست أنة أتضح وقد إشعاعية طاقة لها كهرومغناطيسية موجات الضوء أن

أن أيضا بل متحركة وهي مغناطيسيا مجاال أو ساكنة وهي كهربائيا مجاال تولد الكهربائية ) التغير ) وأن أمبير قانون نص وهذا مغناطيسيا مجاال يولد الكهربائي المجال في التغير

.) ( فاراداي قانون نص وهذا كهربائي مجال يولد المغناطيسي المجال فيشحنة أن حيث الكهرومغناطيسية الموجات تكوين أصل أو نص هي الحقيقة هذه مجاال أي مغناطيسي و كهربائي مجالين الفضاء في تولد متذبذبة كهربائية

. ) نفسها) الضوء بسرعة الفراغ في يتحرك المجال وهذا متغير كهرومغناطيسي

للفوتون- :3 اينشتين نظرية

الذي بالنك العالم حول الضوء سلوك بتفسير قاموا الذين الفيزيائيين العلماء أهم منبالقانون حسابها واستطاع الساخنة االجسام من المنبعثة األشعاعية الطاقة درس

التالي:E = f × h

و( )Eحيث ) الطاقة ويساوي( ) hهي بالنك ثابت يسمى ثابت و( J.S 34-10 × 6.635هو(f . المنبعث( الضوء التردد هو

على اينشتاين واقترح الفوتون سماها صغيرة كمات شكل على ينبعث الضوء وأنمركزة حزم بشكل الفراغ في تسير الضوئية الحزم في الطاقة أن بالنك فرض اساس

أن واقترح دفعات أي كمات شكل على انبعاثها ويكون الفوتونات وهي الطاقة منالفوتون جسيم سلوك بل اطالقا الموجة سلوك يسلك ال الفراغ خالل المار الضوء

حققت التي للضوء الموجية النظرية مبدأ مع األمر أول في اينشتاين تعارض وبذلك

الموجية النظرية فكرة اينشتاين أيد زمنية فترة مرور بعد ولكن عظيمة مخبريه نتائج. الجسيمات سلوك مبدأ عارض أي نفسه وعارض

عام ( 1924وفي ( السائد المبدأ وهو جدا هام مبدأ ديبرولي العالم وضع ماآلن :حتى على وينص الفيزياء في الدكتوراه شهادة أثره على نال والذي

يفسر) - ) وهذا معينة ظروف تحت الموجة سلوك يسلك فهو مزدوجة صفة للضوء أننظرية مع يتفق ما وهذا التداخل و الحيود و واالستقطاب واالنكسار االنعكاس

(- ) ( وهذا(- أخرى ظروف تحت الفوتون الجسيم سلوك يسلك الضوء وأن ماكسويلوهذا وغيرها كومبتون وظاهرة الكهروضوئية والظاهرة المواد مع الضوء تفاعل يفسر

. . ) - مزدوجة صفة للضوء أن يعني وهذا نيوتن اينشتين نظريات مع يتفق ما

الكمية- :4 الموجية النظرية

. الوسط جزيئات تتذبذب حيث وسط عادة يتطلب موجية كحركة الطاقة انتقال لدراسةفأن الطريقة وبهذه ايضا يتذبذب فيجعله جاره على بقوة يؤثر المتذبذب فالجسيم

لما مشابهة حالة وهي الموجية الطاقة انتقال يتم وبالتالي آخر إلى جسيم من الحركة. نفسه الماء جسيمات تنتقل أن دون الضفة إلى الطاقة تنقل عندما الماء في يحدث. السابقة بالطريقة لضوء الناقل الوسط هو الوسط هذا يكون كي ابتكرت األثير وفكرة

من يأتي فهو وسط إلى يحتاج ال الكهرومغناطيسية النظرية حسب الضوء ولكنفي استبدل وقد المطلقة الضوء وبسرعة فيه وسط ال الذي الفراغ في أي الشمس

بتغير وتوافقية منتظمة حركة في المتذبذبة الجسيمات الكهرومغناطيسية النظريةالكهربائي ) ذلك(. Bوالمغناطيسي( )Eالمجالين أساس على الموجة جبهة عرفت وقد

. الواحد الطور ذات النقاط لجميع الهندسي المحل بأنها: هيجنز هذه مبدأ لطبيعة يتعرض ولم موجات هيئة على الضوء أن هيجنز افترض

وينص هندسي أساس على مبدأ وضع أنما و الكهرومغناطيسية لخواصها وال الموجاتالمبدأ :

نقطية) ألمواج مصادر اعتبارها يمكن الموجة جبهة على تقع التي النقاط جميع أنالمويجات هذه لكل المماس السطح وأن كروية ثانوية مويجات منها تصدر ثانوية

.) الجديدة الموجة جبهة يشكل الثانوية

: االنكسار بأنــــــــه :معامل ضوئي وسط أي االنكسار معامل يعرف( بالرمز) له ويرمز الوسط ذلك في الضوء وسرعة الفراغ في الضوء سرعة بين النسبة

n. الوحدات( عديم وهوn = c / v

قيمــه : بعض وهذه1.520للزجاج =

1.333للماء =

1.310للجليد =

1.000001للهواء =

البصرية : الكثافة

. الكثافة أن فيقال انكساره لمعامل مقياسا شفاف وسط ألي البصرية الكثافة تعرف . للوسط البصرية الكثافة أن ويقال كبير انكساره معامل كان إذا للوسط عالية البصرية

. صغير انكساره معامل كان إذا صغيرة

: الضوئي المسار

تسمى جديدة كمية على التعرف يجب الهندسية البصريات أساسيات نعرف لكي. الضوئي المسار

بأنــه : الضوئي للمسار تعريف أعطاء ويمكنيستغرقه) الذي الزمن نفس في الفراغ في الضوئي الشعاع يقطعها التي المسافة هو

.) مادي وسط الختراق( انكساره معامل وسط شعاع اخترق )nفإذا هندسي( الذي( Iلمسار الزمن فيكون

هو ) الوسط في الشعاع :tاستغرقة ويساوي( t = I / v v = l / t

.vحيث ) الوسط( ذلك في الضوء سرعة / n = c / v v = cولكن

n

إذا l / t = c / n c × t = l × n t = )l × n (/c t = L / c

الضوئي حيث المسار بسرعة ) (L = l × n) ان الشعاع يقطعها التي المسافة أي ( cهيالفراغ في

فأن : عام وبشكلاالنكسار = × معامل الهندسي المسار الضوئي المسار

الضوء انعكاس

الضوء سطحا : انعكاس تقابل عندما الوسط نفس في الضوئية االشعة ارتداد هو

عاكسا

الساقط العاكس : الشعاع السطح الى يصل الذي الشعاع هو

المنعكس العاكس : الشعاع السطح عن يرتد الذي الشعاع هو

السقوط من زاوية المقام والعمود الساقط الشعاع بين المحصورة الزاوية هيالعاكس السطح على السقوط نقطة

االنعكاس من زاوية المقام والعمود المنعكس الشعاع بين المحصورة الزاوية هيالعاكس السطح على السقوط نقطة

االنعكاس Laws of Reflection   قانونا

األول االنعكاس = : القانون زاوية السقوط زاوية

الثاني والعمود :  القانون المنعكس الضوئي والشعاع الساقط الضوئي الشعاععمودي واحد مستوى في جميعا تقع العاكس السطح على السقوط نقطة من المقام

العاكس السطح على

االنعكاس الخواصنوع

) منتظم) انعكاس واحد- 1أ اتجاه في الضوء ينعكسفقط.

ماء- 2 سطح أو مرآة على يحدث. ساكن صاف

) مشتت) انعكاس من- 1ب مدى خالل الضوء ينعكس. المختلفة الزوايا

مثل- 2 الخشنة األسطح على يحدثأو ورقية، شاشة أو ناعم، غير جدار

قماش.

الحرجة والزاوية الكلى االنعكاس

إلى االنكسار معامل فى أكبر أى ضوئية كثافة أكبر وسط من الضوء ينتقل عندماإلى الماء من المثال سبيل على االنكسار معامل فى أقل أى ضوئية كثافة أقل وسط

زاوية من أكبر االنكسار زاوية تكون أى العمود عن يبتعد المنكسر الشعاع فإن الهواء( شكل . a( )29السقوط االنكسار( زاوية زادت السقوط زاوية زادت وعندما وكلما

الزاوية تسمى معينة قيمة االنكسار معامل فى األكبر الوسط فى السقوط زاوية تصلاالنكسار زاوية تصبح السطح  °90الحرجة اتجاه فى يكون المنكسر الشعاع أن أى

شكل ) الوسطين يفصل (bالذي 

الحرجة فى ) (( : θcالزاوية األكبر ضوئية كثافة األكبر الوسط فى سقوط زاوية هى ( ) فى األقل ضوئية كثافة األقل الوسط فى انكسار زاوية تقابلها االنكسار معامل

) تساوى االنكسار درجة° .90معاملالحرجة الزاوية عن االنكسار معامل فى األكبر الوسط فى السقوط زاوية زادت وإذا

ال الساقط الضوء فإنزاوية تكون بحيث منه الساقط الوسط نفس إلى ينعكس إنما اآلخر الوسط إلى يتقل

و ، السقوط زاوية تساوى الكلى االنعكاس باالنعكاس الظاهرة هذه و . تسمىمعامل فى األكبر الوسط من الضوء انتقال عند فقط الكلى االنعكاس ظاهرة تحدث

و . العكسية الحالة فى تحدث ال و االنكسار معامل فى األقل الوسط إلى االنكسارو السقوط وسطى من كل انكسار معامل على ما لوسط الحرجة الزاوية قيمة تعتمد

تساوى : هى و sinاالنكسار θc=n2 sin 90n1

االنكسار وسط يكون عندما (  n2و الهواء ) هو االنكسار معامل في األقل الوسط وهو

تـساوى الحرـجة الزاوـية sin    ـفإن θc=1n1

االنكـسار n1حيث معاـمل األـكبر  ـهو للوـسط

. ضوئية كثافة

الكلى : االنعكاس ظاهرة على التطبيقات بعض: الضــــــوئية األليــــــــاف

الضوئية األلياف أحد  تعتبر مناالنعكاس لظاهرة الهامة التطبيقات

" " سمك فى ليفة تقوم حيث الكلىأو الزجاج من الرأس شعرةإلى مكان من الضوء بنقل البالستك

الضوئية الليفة تسمى و آخـرOptical Fiber قلب من الضوئية الليفة تتكون يحمل  core  و الذى هو و اسطوانى

بغالف مغلف يصنع claddingالضوء و القلب مع المحور متحدة اسطوانة شكل علىالغالف مادة انكسار معامل من أكبر انكسار معامل ذو البالستك أو الزجاج من القلب

. الذى الضوء فإن بذلك و البالستك أو الزجاج من آخر نوع من أيضا عادة تكون التىقلب بين الفاصل السطح على يسقط بحيث الضوئية الليفة طرفى أحد من يدخلالقلب إلى ويرتد كليا انعكاسا ينعكس الحرجة الزاوية من أكبر بزاوية والغالف الليفة

الفاصل السطح على يسقط و أخرى الزاوية  مرة من أكبر بزاوية أخرى نقطة فى الحرجة .

من   اآلخر الطرف من يخرج حتى متعاقبة كلية انعكاسات يعانى الضوء فإن وهكذا . الضــوء كمية تكون الضوئية األلياف من الجيدة األنواع وفى الضوئية الليفة

الضوء  المفقودة نقل يمكن بذلك و جدا قليلة الضوئية الليفة قلب فى باالمتصاصكبيرة . بكمية شدته تقل أن دون كيلومترات بضعة تبلغ قد لمسافة

كابل ) ( .  مرنة حزمة لتكون بعضها مع الضوئية األلياف من كبير عدد يوضع و  وعادةالمعلومات الضوء يحمل حيث االتصاالت مجال فى الضوئية األلياف كابالت تستخدم

هامة مميزات مع األسالك خالل الكهربى التيار يحملها كما تماما الضوئية األلياف خاللباإلضافة الكهربية المجاالت بتداخالت يتأثر ال المحمول الضوء أن منها الضوئية لأللياف

واحدة . ضوئية ليفة فى ينتقل الذى الليزر فشعاع المعلومات لنقل العالية السعة إلىوقت فى تلفزيونيــة برامج وبضعة التلفونية المكالمات من عشرات بضعة نقل يمكنه

. النظير منقطع نجاحا الطب مجال فى الضوئية األلياف تطبيقات القت ولقد واحدالرئة ألمراض التشخيص فى تستخدم التى المناظير مجال فى المثال سبيل وعلىالتى و الجسم أعضاء لمعظم الجراحة مجال فى كذلك و وغيرها واألمعاء والمعدة

األلياف . فيها تستخدم أخرى كثيرة مجاالت وهناك للغاية صغيرة بفتحات تتم أصبحت.الضوئية

: العاكس المنشور

ثالثى منشور يستخدم التليسكوب و البيروسكوب مثل البصرية اآلالت من كثير فىبمقدار الضوء مسار لتغيير الكلى االنعكاس ظاهرة فيه تستغل وضع أو° 90  فى

الزجاج.  180° انكسار معامل أن المعروف الهواء 1.5و انكسار معامل بذلك 1و و

الهواء إلى الزجاج من الحرجة الزاوية شكل . )42تكون شعاع( 31درجة مسار يوضحثالثى منشور على يسقط مادته ° 45ـ، ° 45ـ، ° 90  ضوئى انكسار معامل زجاج من

1.5 . يعانى أن فيمردون للقائمة المجاورة األوجه أحد على عموديا الضوء يسقطبزاوية ليسقط على 45انكسارا العمود مع .  درجة هذه و للقائمة المقابل الوجه

بزاوية / يرتد و كليا انعكاسا الشعاع فيعانى هواء زجاج الحرجة الزاوية من أكبر الزاوية درجة 45انعكاس

يـسقط و العـمود ـمعالوجه على عموديا

المجاور اآلخرإلى يخرج و للقائمة

أن دون الهواءعلى انكسارا يعانىبذلك . و الوجه هذا

الضوء مسار يكونبمقدار تغير 90قد

. الشكل أما الضوء( b) درجة مسار لتغيير العاكس المنشور استخدام كيفية فيوضحالحالة .180بمقدار هذه فى مرتين الكلى االنعكاس يحدث حيث  درجة

: السراب

. طبقات تكون عندما يحدث هو و الهواء فى الضوء النكسار نتيجة السراب يتكونتسطع . فعندما األعلى الهواء طبقات من كثافة أقل األرض سطح من القريبة الهواءحرارة درجة ترتفع المرصوفة الطرق على أو الصحراء فى الصيف أيام في الشمساألرض سطح من والقريبة المالمسة الهواء طبقة حرارة درجة بالتالي و األرض سطح . معامل يزداد وبذلك انكسارها ومعامل الضوئية كثافتها وكذلك كثافتها تقل و فتتمدد

. ونتيجة الهواء يبرد حيث أعلى إلى ارتفعنا كلما تدريجيا الهواء فإنه  انكسار لذلكأو نخلة مثل بعيد جسم إلى ينظر الذي للمشاهد يصل  بالنسبة الضوء فإن مثال شجرة

بشكل موضح هو كما مسارين طريق عن عينيه مسار  إلى و مستقيم مسار ، أدناهفي سترى و الحقيقي موضعه في الجسم سترى المشاهد عين فإن بذلك و منحنى

له . صورة أسفله مقلوبة

 

السراب تسمى و تقديرية صورة هي المقلوبة الصورة شبيهة  mirageهذه وهىيسير الذي المشاهد يظن لذلك و الماء سطح على باالنعكاس تحدث التي بالصورة

بعد . على ماء وجود الصيف فى المرصوفة الطرق على أو الصحراء في

النخلة هو و البعيد الجسم من الصادر الضوء شعاع أن هو المنحنى المسار تفسير وانتقاله عند انكسارا يعانى الشكل معامل  في في واألقل أسفل التي الطبقة إلى

التغير حسب تدريجيا الضوء مسار يتغير االنكسار بتوالي و العمود عن فيبتعد االنكسارمن . أكبر الطبقات إحدى في السقوط زاوية تصبح عندما و الهواء كثافة في التدريجيمرة يتخذ و كليا انعكاسا الضوء شعاع يعانى تحتها التي للطبقة بالنسبة الحرجة الزاوية

. صورة ترى والعين العين إلى يصل أن إلى العمود من مقتربا منحنيا مسارا أخرىعلى األخرى للنقاط بالنسبة كذلك و إليها تصل التي األشعة امتداد على الجسم

للجسم . مقلوبة صورة ترى العين فإن ولذلك الجسم

الضوء انكسار

الضوء بين:   انكسار الفاصل السطح يجتاز عندما الضوئي الشعاع اتجاه تغير هومختلفين شفافين وسطين

الفاصل الكثافة:  السطح في مختلفين شفافين وسطين بين يفصل الذي السطح هوالضوئية

الضوئية ما: الكثافة نفاذها لوسط عند الضوئية االشعة كسر على الوسط قدرة هي فيه

الساقط الضوئي في : الشعاع ويقابله الفاصل السطح الى المتجه الشعاع هو السقوط نقطة

السقوط من زاوية المقام والعمود الساقط الشعاع بين المحصورة الزاوية هي الفاصل السطح على السقوط نقطة

المنكسر الضوئي الثاني : الشعاع الوسط في الضوئي للشعاع الجديد المسار هو الفاصل السطح من نفاه بعد

االنكسار من زاوية المقام والعمود المنكسر الشعاع بين المحصورة الزاوية هيالفاصل السطح على السقوط نقطة

االنكسار   قانونا

االول : القانون زاوية وجيب األول الوسط في السقوط زاوية جيب بين النسبةمعامل وتسمى الوسطين لهذين ثابتة نسبة الثاني الوسط في االنكسار

الثاني الوسط إلى األول الوسط من االنكسار

الثاني المقام: القانون والعمود المنكسر الضوئي والشعاع الساقط الضوئي الشعاعواحد مستوى في جميعا تقع الفاصل السطح على السقوط نقطة من

الفاصل السطح على عمودي

وسطين بين النسبي االنكسار معامل

زاوية وجيب األول الوسط في السقوط زاوية جيب بين النسبة هوالثاني الوسط في االنكسار

هامة السقوط: مالحظات زاوية تكون الفاصل السطح على عموديا شعاع سقط إذاالوسط في الشعاع فينفذ صفرا االنكسار زاوية تصبح وبالتالي صفرا

انكسارا يعاني أن دون استقامته على الثاني

المصطلحات

الضوء انكساروسطين بين الفاصل السطح يجتاز عندما الضوئي الشعاع اتجاه تغير هو

مختلفين شفافينما لوسط الضوئية الكثافة

الوسط نوع على الضوء انتشار سرعة اعتماد يميز الذي المقدار هوقدرة هي أو للوسط المطلق االنكسار لمعامل العددية بالقيمة وتقاس

فيه نفاذها عند الضوئية األشعة كسر على الوسطالفاصل السطح

الكثافة في مختلفين شفافين وسطين بين يفصل الذي السطح هوالضوئية

الساقط الضوئي الشعاعالسقوط نقطة في ويقابله الفاصل السطح الى المتجه الشعاع هو

المقام : والعمود الساقط الضوئي الشعاع بين المحصورة الزاوية هي السقوط زاويةالفاصل السطح على السقوط نقطة من

: بعد الثاني الوسط في الضوئي للشعاع الجديد المسار هو المنكسر الضوئي الشعاعالفاصل السطح من نفاذه

: المقام والعمود المنكسر الضوئي الشعاع بين المحصورة الزاوية هي االنكسار زاويةالفاصل السطح على السقوط نقطة من

: لوسطين االنكسار زاوية جيب الى السقوط زاوية جيب نسبة األول االنكسار قانونبين النسبي االنكسار بمعامل يعرف ثابت مقدار هي معينين

الوسطين : مع واحد مستوى في المنكسر والشعاع الساقط الشعاع يقع الثاني االنكسار قانونبين الفاصل السطح على الشعاع سقوط نقطة من المقام العمود

الوسطين : األول الوسط في الضوء سرعة بين النسبة هو وسطين بين النسبي االنكسار معامل

الثاني الوسط في الضوء وسرعة : الهواء أو الفراغ في الضوء سرعة بين النسبة هو لوسط المطلق االنكسار معامل

الوسط هذا في الضوء وسرعة : زاوية جيب في األول للوسط المطلق االنكسار معامل ضرب ناتج سنل قانون

في الثاني للوسط المطلق االنكسار معامل ضرب ناتج يساوي السقوطاالنكسار زاوية جيب

هامة مالحظات

ليس - 1 ولكن االنكسار زاوية تزداد السقوط زاوية بزيادة أن يتضح األول القانون منمتناسبة بصورة

انعكاسية- 2 خاصية والمنكسر الساقط للشعاعين3 - - الى- أعلى فيه السرعة أقل البصرية كثافته وسط من الضوء شعاع عبور عند

العمود - - من مقتربا ينكسر فانه أقل فيه السرعة أعلى البصرية كثافته وسطأعلى- -4 فيه السرعة وسط الى أقل فيه السرعة وسط من الضوء شعاع عبور عند

- السطح من ومقتربا العمود عن مبتعدا ينكسر الشعاع فان هواء الى ماء منمن أصغر والهواء الماء بين النسبي االنكسار معامل يكون الحالة هذه وفي الفاصلالى االنسان ينظر عندما الماء خزان لعمق الظاهري النقص يفسر الذي وهذا الواحد

الماء 5 - بصورة شفافين وسطين بين الفاصل السطح على الضوئية األشعة سقطت اذا

تنكسر أن دون الثاني الوسط الى تنفذ فانها عموديةالسقوط- 6 نقطة في أنه نالحظ الماء الى الهواء من رفيعة ضوء حزمة سقوط عند

هناك تكون وبالتالي منكسرا الماء في االخر الجزء وينفذ الضوء من جزء ينعكسالتي الطاقة من كم سؤال هنا ونسأل انكسار وزاوية انعكاس وزاوية سقوط زاوية

المنعكسة االشعة قبل من تؤخذ الوسطين بين الفاصل السطح الى االشعاع ينقلهانفرض السؤال هذا على لالجابة ؟ المنكسرة االشعة قبل من تؤخذ الطاقة من وكمولتكن طاقة معينة زمنية فترة خالل السقوط نقطة الى يحمل االشعاع بعد Eأن

منها المنعكسة االشعة نصيب فيكون الطاقة هذه تنقسم نصيب E reflذلك بينماالمنكسرة تساوي E refrاالشعة الساقطة الطاقة أن نجد الطاقة حفظ قانون ومن

المنكسرة االشعة تحملها والتي المنعكسة االشعة تحملها التي الطاقتين مجموع

المساوة هذه تصلح ال اذا االشعاع طاقة من يمتص الفراغ عدا ما وسط كل أن وبمالمسافات الضوئي الشعاع عبر فاذا السقوط نقطة من بالقرب القياس عند اال

مثل شفافا وسطا الوسط هذا نسمي صغير بشيء اال يضعف ولم الوسط من كبيرةالذي الضوئي االشعاع كبيرة بشدة المعادن تمتص وبالعكس والكحول والماء الزجاجمن االعظم القسم وتعكس له بالنسبة شفافة ليست أنها بمعنى اليها ينفذ

يعكس بأخرى أو بدرجة وسط كل أن هنا ونالحظ عليها تسقط التي االشعاعاتالجسم على الساقط االشعاع وامتصاص انعكاس ويعتمد الضوئي االشعاع ويمتص

زيادة - - - - - عند حيث السقوط زاوية االشعاع تركيب السطح حالة المادة نوع علىالمنكسر الضوء نصيب وينقص المنعكس الضوء نصيب يزيد االشعة سقوط زاوية

طبيعة له يكون الموجات تردد على واالمتصاص االنعكاس اعتماد أيضا ونالحظذبذبات وتضعف معين بتردد ذبذبات بقوة تمتص أو تعكس المادة أن أي اختياريةالطول ذات الموجات لألرض الجوي الغالف يمتص المثال سبيل وعلى اخر بتردد

) ( يمتص بينما علينا الله نعمة من وهذا بقوة المرئي الطيف من القصير الموجياألحمر الضوء نستخدم لماذا سؤاال أطرح وهنا بكثير أضعف الطويلة الموجاتلالشعة أكثر حساسة العين أن من الرغم على للتنبيه وأيضا الخطر الى لالشارة

؟ الخضراء: قوانين

n1 = ، األول الوسط انكسار زاوية= θ1معاملالسقوط

n2 = ، الثاني الوسط انكسار زاوية= θ2معاملاالنكسار

n1 sinθ1 = n2 sin θ2 ) قانون)سنل

θc = الحرجة n1 sinθc = n2 sin90الزاويةsinθc = n2 / n1 ) for n1 < n2 (

c = ، الفراغ في الضوء الضوء = vسرعة سرعةالوسط في

n = c / v

λ = ، الوسط في الموجي v = f λالتردد = fالطولθ = ، السقوط االنعكاس = /θزاوية ( /θ = θزاوية االنعكاس )قانون

ولماذا؟ : 1 مثال ؟ للهواء سينفذ الضوئي الشعاع هل بين أدناه الشكل فيحسب ن األول الوسط من الساقط للشعاع الثاني الوسط في االنكسار زاوية حسب

: سنل قانون

في - المنكسر الضوئي الشعاعبزاوية الثاني بين 49.46oالوسط الفاصل السطح على نفسها بالزاوية سيسقط

. لهذا االنكسار زاوية لحساب سنل قانون نطبق لذلك والثالث الثاني الوسطين: الثالث الوسط في الشعاع

ni sin θi=nr sin θr2×sin35=1 .5 sin θ2

sin θ2=0 .76∴θ2=49 . 46ο

n=2

n=1.5

هي الزاوية لجيب قيمة أكبر فإن 1وألن ، إلى الثاني الوسط من ينفذ لن الضوئي الشعاع

الثاني الوسط داخل كليا سينعكس وإنما الهواءالفاصل كما السطح على سقط ألنه ، الشكل في. بين الحرجة الزاوية من أكبر بزاوية الوسطين

؟ : 2 مثال والهواء الماء هما الوسطين ان علمت اذا الحرجة الزاوية جدالهواء = انكسار معامل ان 1نعلم

الماء = انكسار 1.33ومعامل

n1 sinθ1 = n2 sin θ2 n1 sinθc = 1× sin 90

sinθc = n2 / n1 = 1 / 1.33 = 0.752

θc = sin-1)0.752( = 48.8o

بينهما : 3 مثال الزاوية مستويتان األولى 120oمرآتان على ضوئي شعاع سقط فإذاقدرها سقوط الثانية 65oبزاوية المرآة عن الضوئي للشعاع االنعكاس زاوية جد

؟

يكون األولى المرآة علىاالنعكاس = زاوية السقوط زاوية

θ1 = θ/1 = 65o

ni sin θi=nr sin θr1 .5×sin 49 .46=1×sin θ3

sin θ3=1 .14

الزاوية ) متممة /θاذنمحور( )1 ( θ3ستكون( )Xمع

θ3 = 90 – 65 = 25o

المثلث = زوايا مجموع ان لدينا 180ومعلوم

25o + 120o + θ4 = 180o

θ4 = 180o – 145o = 35o

θ2 = 90o – 35o = 55o

االنعكاس = زاوية السقوط زاوية ان وبماθ2 = θ/

2 = 55o

ما ) : 4 مثال وسط انكسار معامل ان ألموجي( nاثبت الطول بين النسبة يساويالهواء ) في الوسط( )λoللضوء ذلك في للضوء ألموجي الطول ان( )λnالى اثبت = nاي

λo / λn)؟v = f λ

v1 = f λ1 , v2 = f λ2 ) يتغير ال التردد ) الن

v1

v2=f λ1

f λ2 v1

v2=λ1

λ2 - - - - - - - - - - - - - ) 1 (

n = c / v v = c / n v1 = c / n1 - - - - - - - - - - ) 2 (

v2 = c / n2 - - - - - - - - - - ) 3 (

)2نعوض ) على( : 1في( )3و( نحصلcn1

cn2

=λ1

λ2 n2

n1=λ1

λ2

n1 λ1 = n2 λ2 1× λo = n × λn n = λo / λn

انكساره ) : 5 مثال معامل وسط خالل تنتقل ضوئية شريحة( n1حزمة خالل فتمرانكسار ) ومعامل متوازيان وجهان لها الخارجة( n2سميكة الحزمة ان برهن ،

الساقطة؟ للحزمة موازية تكون

للسفلي وللسطح العلوي للسطح سنل قانون تطبيق منا يستوجب المسالة هذه لحل

n1 sinθ1 = n2 sin θ2 sin θ2 = n1 sinθ1 / n2 - - - - )1(

& n2 sinθ3 = n1 sin θ4

but θ3 = θ2

n2 sinθ2 = n1 sin θ4

sin θ4 = n2 sinθ2 / n1 - - - - )1(

معادلة ) معادلة( )1نعوض على( 2في نحصل :

sin θ4=n2

n1×n1

n2sin θ1 sin θ4 = sinθ1 θ4 = θ1

تكون = الخارجة الحزمة ان اي خروجها زاوية الحزمة سقوط زاوية ان يعني وهذا. الساقطة للحزمة موازية

موجي ) : 6 مثال بطول ضوئية على( nm 550حزمة وتسقط الهواء خالل تنتقلبزاوية ) شفافة مادة من تصنع( 40oشريحة المنكسرة والحزمة ، العمود مع

احسب( :26oزاوية ) العمود معالمادة؟ .1 انكسار معاملالشريحة؟ .2 في للضوء الموجي الطول

n1 sinθ1 = n2 sin θ2 أوال :

1× sin40o = n sin 26o

n=sin 40sin26

=0.6430.438 = 1.47

n = λo / λn ثانيا :

λn = λo / n = 550 nm / 1.47 = 374 nm

بزاوية ) : 7 مثال المعدني الزيت من سطح على تسقط الضوء من مع( 23.1oحزمةالزيت ) في الضوء سرعة كانت فاذا ، زاوية( m/s 108 × 2.17العمود احسب ،

؟ االنكسار

n= cv= 3×108

2.17×108 = 1.382

n1 sinθ1 = n2 sin θ2

1× sin23.1o = 1.382 × sin θ2

sin θ2 = sin 23.1

1.382 = 0.3921.382 = 0.284

θ2 = sin-1 0.284 = 16.5o

بزاوية ) : 8 مثال الثلج من قطعة سطح على تسقط ضوئية جزء( 40oحزمة العمود معالمنعكس الضوء بين الزاوية جد ، ينكسر منه وجزء ينعكس الضوء من

؟ والمنكسرθ1 = θ/

1 θ3 = 90 - θ/1 = 90 – 40 = 50

n1 sinθ1 = n2 sin θ2

sin θ2=n1 sin θ1

n2=1×sin 40

1.31 = 0.643

1.31 =0.5

θ2 = sin-1 0.5 = 300

θ4 = 90 - θ2 = 90 – 30 = 60

والمنكسر = المنعكس الشعاع بين الزاوية تكون θ3 + θ4 = 50 + 60 = 110وعليه

على : 9 مثال ضوئي شعاع سقط فإذا ، الماء سطح على تطفو الثلج من قطعةبزاوية ) للثلج العلوي الشعاع( 30oالسطح انكسار زاوية هي ما ، العمود مع

الماء؟ في الضوئي

n1 sinθ1 = n2 sin θ2

sin θ2=n1 sin θ1

n2=1×sin 30

1.31= 0.5

1.31

= 0.382

θ2 = sin-1 0.382 = 22.44o

n2 sinθ2 = n3 sin θ3

sin θ3=n2sin θ2

n3=1.31×0.382

1.33

= 0.51.33 = 0.376

θ3 = sin-1 0.375 = 22o