ظاهرة الانعكاس الكلي Total internal reflection
عندما ينفذ الضوء من مادة إلى مادة أخرى ذات معامل انكسار اقل مثل نفاذ الضوء من الماء إلى الهواء أو من الزجاج إلى الهواء، فإن الضوء سينكسر مبتعداً عن العمود المقام على السطح الفاصل بين المادتين عند النقطة J في الشكل الموضح أدناه. وعند زاوية سقوط معينة تسمى الزاوية الحرجة critical angle ويرمز لها بالرمز ?c تكون زاوية الانكسار 90 درجة أي تنفذ الضوء على مساواة السطح الفاصل كما في الشكل الموضح أدناه عند النقطة K.
يمكن حساب قيمة الزاوية الحرجة باستخدام قانون Snell
إذا كانت زاوية السقوط اكبر من الزاوية الحرجة كما هو موضح في الشكل أعلاه عند النقطة L تحدث ظاهرة الانعكاس الكلي total internal reflection ولا ينفذ أي ضوء من الوسط n1.
من تطبيقات ظاهرة الانعكاس الكلي استخدامها في توجيه الضوء عبر الألياف الضوئية حيث تحدث ظاهرة الانعكاس الكلي على سطح الألياف الضوئية وتنتقل بذلك إلى أي مكان مثل نقل الكهرباء عبر الأسلاك. ومن استخدامات الألياف الضوئية كوسط لنقل الضوء بواسطة الانعكاس الكلي في الطب وهو ما يعرف باسم المنظار. يتكون المنظار من أنبوبة تحتوي على العديد من الألياف الضوئية ويتم إدخالها إلى بطن المريض عن طريق الفم لإجراء التشخيص والفحص دون الحاجة لإجراء عمليات جراحية. كما تستخدم الألياف الضوئية في شبكات الحاسوب وفي الاتصالات.
شعاعين من ضوء الليزر ينتقلان عبر الألياف الضوئية عن طريق الانعكاس على سطحه لان زاوية السقوط اكبر من الزاوية الحرجة
________________________________________
العدسات Lenses
تعتبر العدسات من أهم الأجهزة البصرية فتجد العدسات في النظارات الطبية والكاميرات والتليسكوب والمجهر والبريجيكتور، هناك نوعان من العدسات النوع الأول هو العدسة المحدبة convex lens وتسمي أيضا بالعدسة المجمعة converging lens والنوع الثاني هو العدسة المقعرة concave lens او العدسة المفرقة diverging lens.
تأتي العدسات بالنوعين السابقين في عدة أشكال حسب تحدب او تقعر سطحي العدسة والشكل التالي يوضح أنواع العدسات الرقيقة.
وكما كان للمرايا مركز للتقعر وبؤرة كذلك الحال بالنسبة للعدسات حيث إن سطح العدسة هو سطح كروي فله أيضا مركز تقعر وبؤرة، وحيت أن للعدسة سطحين فإن لكل سطح مركز تقعر وبؤرة.
لإيجاد بؤرة العدسة نقوم بتسليط أشعة ضوئية متوازية من مصدر بعيد جداً مثل أشعة الشمس فنجد إن تلك الأشعة تتجمع في الجانب الأخر من العدسة ونقطة التجمع هي بؤرة العدسة focus point ويرمز لها بالرمز f وبعدها عن مركز العدسة يسمى البعد البؤري للعدسة focal length.
يبين الشكل المقابل سقوط حزمة من الأشعة المتوازية على عدسة محدبة convex lens تتجمع في البؤرة وكل شعاع يسقط على العدسة يحدث له انكسار عند سطح العدسة ويحدث انكسار عندما ينفذ الضوء من العدسة محققاً قانون Snell.
في حالة العدسة المقعرة concave lens تسقط الأشعة المتوازية على سطح العدسة ولكن تخرج من السطح المقابل متفرقة ولا تتجمع في نقطة كما سبق، ولكن امتداد الأشعة النافذة في اتجاه السطح الأول للعدسة (الخطوط المنقطة في الشكل) تتلاقي في نقطة F وهي بؤرة العدسة في هذه الحالة، وتكون المسافة f وهي البعد البؤري focal length.
ملاحظة: تم الاصطلاح على أن يكون البعد البؤري للعدسة المحدبة موجباً والبعد البؤري للعدسة المقعرة سالباً.
Lens equation
حيث ان
f = focal length (m)
do = distance from lens to object (m)
di= distance from lens to image (m)
التكبير Magnification
يعرف التكبير m للعدسة بأنه ارتفاع الصورة hi مقسوماً على ارتفاع الجسم ho، فإذا كان التكبير اكبر من واحد فإن الصورة اكبر من الجسم أما إذا كان التكبير اقل من واحد تكون الصورة اصغر من الجسم.
ولكن مما سبق وجدنا إن النسبة بين hi/ho تساوي النسبة بين di/do وبالتالي فإن التكبير يمكن أن يحسب من المعادلة التالية أيضا إذا توفرت المعلومات لذلك بحيث أن
و يعطى التكبير بالمعادلة التالية:
hi = height of the image (m)
ho = height of object (m)
m = magnification (how many times bigger or smaller)
f + عندما تكون العدسة محدبة convex mirror
f - عندما تكون العدسة مقعرة concave mirror
أما بالنسبة لإشارة التكبير M
M + تكون الصورة خيالية معتدلة
M - تكون الصورة حقيقية مقلوبة
Example 1
What is (a) the position, and (b) the size, of a large 7.6cm high flower placed 1m from 50mm focal length camera lens?
Solution
بالاستعانة بالشكل أعلاه وباستخدام معادلة العدسات نحصل على الآتي
وعليه
وللحصول حجم الصورة نحسب التكبير على النحو التالي
أي إن ارتفاع الصورة 4mm ومقلوبة لان إشارة التكبير سالبة.
________________________________________
Example 2
An object is placed 10cm from a 15cm focal length converging lens. Determine the image position and size.
Solution
اي ان الصورة خيالية وللحصول حجم الصورة نحسب التكبير على النحو التالي
الصورة مكبرة ومعتدلة وخيالية.