منشور ماء: تشتت ألطف من الزجاج
1 · توقّع
معامل انكسار الماء أدنى (n ≈ 1.33) من الزجاج. هل يحرف منشور ممتلئ بالماء الضوء أقل من منشور زجاجي مكافئ؟
- نعم — معامل الماء الأدنى يعني انحناءً أقل عند كل وجه، فانحراف كلي أقل من منشور زجاجي بزاوية الرأس نفسها.
- يحرف منشور الماء الضوء أكثر من الزجاج.
- الانحراف واحد مهما كان معامل الوسط.
2 · التجهيز
- افتح مسبق منشور الماء واضغط إعادة الضبط. منشور الماء المملوء زاوية رأسه A = 60° ومعامله n = 1.33.
- فعّل قراءة الانحراف الكلي.
- اضبط زاوية الورود لكل تجربة وسجل الانحراف الكلي.
3 · اجمع البيانات
| زاوية الورود θ₁ (°) | الانحراف الكلي δ (°) |
|---|---|
| 35.00 | |
| 45.00 | |
| 55.00 |
ارسم الانحراف δ (المحور y) مقابل زاوية الورود θ₁ (المحور x) لتجاربك الثلاث. قارن المقياس بتجربة المنشور (زجاج التاج).
4 · حلّل
- لمحاولة واحدة، احسب θ₂ = asin(sin θ₁/n)، ثم θ₃ = A − θ₂، ثم θ₄ = asin(n·sin θ₃)، ثم δ = θ₁ + θ₄ − A، باستخدام n = 1.33. قارن بالجدول.
- قارن قيم الانحراف بتجربة المنشور (زاوية الرأس نفسها، معامل أعلى). اشرح لماذا ينتج معامل الماء الأدنى انحرافًا أصغر عند كل زاوية ورود مقابلة.
5 · وسّع
- قوس القزح في جوهره ملايين «منشورات» قطرات ماء كروية دقيقة تكسر ضوء الشمس وتعكسه داخليًا. اشرح لماذا ما يزال تشتت الماء المتواضع نسبيًا (مقارنة بالزجاج) ينتج طيفًا مرئيًا، وإن كان أقل حيوية بعض الشيء، في قوس القزح.
- عبر هذه التجربة، تشكل منشور الفلينت (n≈1.66) ومنشور الضوء الأبيض/زجاج التاج (n=1.5) ومنشور الماء (n=1.33) اتجاهًا واضحًا: الأوساط البصرية الأكثف تشتت الضوء وتحرفه أكثر. اشرح لماذا يتبع هذا الاتجاه الفيزياء نفسها كاتجاه الزاوية الحرجة في تجربة الانعكاس الكلي.
الفيزياء خلف هذه التجربة
الأوساط الأدنى معاملًا تحرف أقل
معامل انكسار الماء (1.33) أدنى من الزجاج النموذجي (1.5–1.66)، فمنشور الماء يحني الضوء بقوة أقل عند كل وجه — انحراف كلي أصغر δ = θ₁ + θ₄ − A لزاوية الرأس والورود نفسيهما.