الانعكاس الكلي الداخلي: الزاوية الحرجة

1 · توقّع

الضوء المسافر من وسط أكثف (كالزجاج) نحو أخف (كالهواء) قد ينعكس كليًا بدل الانكسار خارجًا، إن كانت زاوية الورود حادة كفاية. هل للزجاج الأعلى معامل انكسار زاوية حرجة أصغر أم أكبر؟

2 · التجهيز

  1. افتح مسبق الانعكاس الكلي واضغط إعادة الضبط. ينتقل الضوء من الزجاج إلى الهواء (n₂ = 1.0 ثابتة).
  2. فعّل قراءة الزاوية الحرجة.
  3. اضبط معامل انكسار الزجاج لكل تجربة وسجل الزاوية الحرجة.

3 · اجمع البيانات

معامل الزجاج n₁الزاوية الحرجة θ_c (°)
1.30
1.50
1.70

ارسم الزاوية الحرجة θ_c (المحور y) مقابل 1/n₁ (المحور x) لتجاربك الثلاث.

4 · حلّل

  1. لمحاولة واحدة، احسب θ_c = asin(n₂/n₁) باستخدام n₂ = 1.0. قارن بالجدول.
  2. اشرح لماذا للزجاج الأعلى معاملًا (الأقوى كسرًا للضوء) زاوية حرجة أصغر — يحدث الانعكاس الكلي الداخلي لمدى أوسع من زوايا الورود.

5 · وسّع

  1. تعتمد الألياف الضوئية على الانعكاس الكلي الداخلي لحصر الضوء داخل قلب زجاجي عالي المعامل، يقيده على طول الليف بفقد يكاد يعدم. اشرح لماذا يستخدم مصنّعو كابلات الألياف قلوبًا زجاجية عالية المعامل جدًا محاطة بغلاف أدنى معاملًا.
  2. للماس معامل انكسار عالٍ على نحو استثنائي (نحو 2.42)، فزاويته الحرجة صغيرة جدًا (نحو 24°). اشرح لماذا يجعل هذا الماسَ المصقول جيدًا يلمع لمعانًا ساطعًا — الضوء الداخل من الأعلى يميل إلى الانعكاس الكلي الداخلي مرات عدة قبل خروجه.

الفيزياء خلف هذه التجربة

الزاوية الحرجة للانعكاس الكلي الداخلي

الضوء المنتقل من وسط أكثف (n₁) إلى أقل كثافة (n₂ < n₁) ينعكس انعكاسًا كليًا داخليًا لأي زاوية ورود تتجاوز الزاوية الحرجة θ_c = asin(n₂/n₁). بعد هذه الزاوية لا ينتقل ضوء إطلاقًا — انعكاس 100%.

← عودة إلى التجربة