كتاب الفيزياء الصف العاشر الفصل الثالث
قانون الانعكاس
لكي نفهم طريقة عمل المرايا، عليك أن نفهم ماهية الانعكاس أولا ماذا يحدث للضوء الساقط على الكتاب ؟ إن كنت تمسك بكتاب ووجهته إلى مسار الضوء، فستلاحظ أن الضوء لن يخترق الكتاب، عرفت سابقا أن مثل هذه الأجسام يسمى بالأجسام المعنية التي لا ينفذ منها الضوء، حيث يعكس الكتاب جزءا من الضوء الساقط علبه، وينص جزءا منه، ويتحول هذا الضوء الممتص إلى طاقة حرارية ترفع من درجة حرارة الكتاب. وعند سلوك الضوء على السطح العاكس، وزاوية سقوط الضوء عليه
تدفع كرة السلة على الأرض، سيلاحظ المراقب من الأعلى أن الكرة ترتد في خط مستقيم إلى لاعب آخر. تذكر من دراستك عن الموجات أنه عندما تنتشر موجة في بعدين ونصطدم بحاجز فإن زاوية سقوطها علبه تساوي زاوية انعكاسها عنه، وينطبق ذلك أيضا على موجات الضوء
ينعكس الضوء كما حدث في موجات الماء وكرة السلة يوضح الشكل 2 شعاعا من الضوء ساقطا على سطح عاكس مستو، وهنالك خط وهمي عمودي على السطح يسمى العمود المقام. ويضع كل من الشعاع الساقط والشعاع المنعکس والعمود المقام على السطح العاكس في مستوى واحد عمودي على السطح العاكس. بالرغم من أن الضوء ينتشر في ثلاثة أبعاد، فإن انعكاسه يكون في مستوى واحد، أي بعدين. وسى العلاقة بين زاوية السقوط وزاوية الانعكاس بقانون الانعكاس
قانون الانعكاس
الزاوية التي يصنعها الشعاع الساقط مع العمود المقام على السطح العاكس تساوي الزاوية التي يصنعها الشعاع المنعكس مع العمود المقام نفسه عند نقطة السقوط.
النموذج الموجي يمكننا تفسير هذا القانون من خلال النموذج الموجي للضوء، يوضح الشكل 3 مقدمة موجة ضوء تقترب من سطح عاكس، فعندما نصل كل نقطة على امتداد مندية الموجة إلى السطح العاكس تنعكس بزاوية مماثلة لزاوية انعكاس لنقطة السابقة لها وكون النشاط جميعها تنتشر السرعة نفسها، فإنها تقطع المسافة الكلية نفسها خلال الزمن نفسه، لذا ننعكم مقدمة الموجة كاملة عن السطح بزاوية مساوية لزاوية سقوطها. لاحظ أن الطول الموجي للضوء ليس له تأثير في ذلك، فكل من الضوء الأحمر والأخضر والأزرق يتبع قانون الانعكاس هذا
الأجسام والصور في المرايا المستوية
عندما تنظر إلى مرآة مستوية، فإنك تشاهد صورتك فيها المرأة المستوية هي عبارة عن سطح مستو وأملس ينعكس عنه الضوء انعكاسا منتظما. ولفهم كيف تكونت صورتك التي شاهدتها في المرآة ينبغي أن نعرف مصدر أشعة الضوء وكيف انعكست
لقد استخدمت كلمة جسم في الوحدة السابقة لتشير إلى مصدر الضوء، أما في هذا القسم فستستخدم بالطريقة نفسها ولكن بصورة محددة أكثر، فالجسم هو مصدر الأشعة التي تنعكس عن سطح المرآة. ويمكن أن يكون الجسم مصدرا مضيء مثل المصباح، أو مصدرا مستضيئا مثل أحمد. كما أن جميع مصادر الضوء التي ستعرفها في هذا القسم ينبعث منها ضوء وينتشر في جميع الاتجاهات. وعند انعكاس أشعة الضوء عن المرأة الملساء ننكون صورة مرئية، كما في الشكل 5
الطائر الذي تشاهده في الشكل 6. عبارة عن جسم، وينعكس الضوء عن جسم الطائر انعكاسا غير منتظم. انظر إلى نقطة محددة في جسم الطائر، ماذا يحدث للضوء المنعكس عنها؟ يسقط الضوء من الطائر على المرأة وينعكس ماذا ستشاهد مريم؟ سيصل الضوء المنعكس إلى عينيها، وسيعالج الدماغ هذه المعلومات كما لو كانت هذه الأشعة سلكت مسارا مستقيما، وسيظهر له الضوء كما في الخطوط المتقطعة الموضحة في الشكل، أى كأنه قادم من نقطة خلف المرأة، وهي تمثل صورة النقطة
أنت نظرت إلى نقطة واحدة على جسم الطائر، لكن مريم في الشكل 6 سترى أشعة الضوء القادمة من جسم الطائر بالطريقة نفسها، وبذلك تكون صورة الطائر من اتحاد صور النقاط الناتجة من الأشعة الضوئية المنعكسة، وتعد هذه الصورة صورة خيالية ويتكون هذا النوع من الصور من التقاء امتدادات الأشعة الضوئية المنعكسة عن المرأة. وتقع الصور الخيالية دائما على الجانب الآخر من المرأة. وهذا يعني أن صور الأجسام الحقيقية المتكونة في المرايا المستوية هي دائما خيالية، لأنه لا يمكن جمعها على حاجز.
خصائص الصور في المرايا المستوية
عندما تنظر إلى نفسك في المرأة، ستظهر صورتك كأنها خلف المرأة وعلى بعد يساوي بعدك من المرآة. كيف تتحقق من ذلك؟ ضع مسطرة مترية بينك وبين المرآة أين ستلامس المسطرة الصورة؟ وستلاحظ أيضا أن الصورة معتدلة، وأنها مقلوبة جانبا حجمها يساوي حجم جسمك. وهذا أساس المقولة "صورة طبق الأصل"۔
المرايا الكروية
لعلك شاهدت صورتك بوما في ملعقة فلزية، ووجدت أنها تكون مقلوبة على سطحها المنحني للداخل، بينما تكون معتدلة على سطحها المنحني للخارج لماذا يحدث ذلك؟
خصائص المرايا الكروية
تعمل الملعقة الفلزية كمرآة گروية، وإحدى جهتيها منحنية إلى الداخل والأخرى إلى الخارج، أمسك الملعقة وقربها من وجهك ثم أبعدها عنه، وفي أثناء ذلك انظر إلى صورتك على جنبي الملعقة، قد تبدو صورتك أكبر أو أصغر أو قد تكون حتى معكوسة تعتمد خصائص المرايا الكروية والصور التي تكونها على شكل المرأه وموقع الجسم.
المرايا المقعرة بعمل السطح الداخلي للملعقة الفلزية اللامعة، وهو السطح الذي يحمل الطعام، کمرأة مقعرة، والمرأة المتعرة، كثلك الموضحة في الشكل 10 مي سطح عاكس منحني إلى الداخل، وحافاته منحنية باتجاه المشاهد، توضع المرايا المقعرة خلف مصابيح الإضاءة في كشافات الضوء وفي الأضواء الأمامية في السيارات. فالمرايا المقعرة تسمح بتركيز الضوء المنبعث من المصباح في بقعة معينة، ما الذي يؤثر في سلوك المرأة المقعرة؟
تعتمد الطريقة التي تعكس بها المرأة المقعرة الضوء على كنبة انحناء المرأة، بوضع الشكل 10 رسما تخطيطها المرأة كروية مشعرة، ويشتمل على مسافات ومعلومات مهمة في فهم طريقة تكون الصور فيها، تبدو المرأة الكروية المقعرة كما لو كانت جزءا من كرة مجوفة وسطحها الداخلي عاكس للضوء ويوجد للمرأة المقعرة مركز التكور (C) مشابه للمركز الهندسي لكرة نصف قطرها r. يطلق على المسافة في المرايا الكروية. نصف قطر التكوير. أما الخط المستقيم المتضمن القطعة CM فيدعى المحور الأساسي وهو خط متعامد مع سطح المرأة، ويقسمها إلى نصفين. الأشعة الضوئية الساقطة بشكل مواز للمحور الأساسي، تنعكس وتتقاطع معه عند نقطة منتصف المسافة ما بين C و M.
إذا وضعت مصدرا للضوء عند بؤره مرآة مقعرة فستنعكس الأشعة عن المرأة بالتوازي وتكون حزمة ضوئية، ويمكنك رؤية هذا التأثير في المصباح اليدوي الموضح في الشكل 11.
الرسومات التخطيطية للمرايا المقعرة
لقد رسمت سابقا أشعة الضوء الساقط على مرآة مستوية لكي تتبع مسار انعكاسها۔ وشاهدت بعض الرسومات التخطيطية للأشعة في المرآة المقعرة كما في الشكل 10 والشكل 11، ستتعلم في هذا القسم استخدامها في إيجاد موقع وطول واتجاه كل من الصور التي تكونها المرايا المقعرة.
يبين الشكل 12 أشعة منعكسة تجمع في النقطة التي تتكون عندها الصورة وتكون أشعة الضوء المتجمعة صورة حقيقية مكبرة ومقاومة للجسم، يمكن أن نرى الصورة كأنها عائمة في الفضاء، وذلك إن جعلت الأشعة الضوئية المنعكسة التي كونت الصورة تسقط على عينيك كما هو مبين في الشكل 12. ينبغي أن تجعل عينبك بالاتجاه الذي يسمح لأشعة الضوء المنعكسة من الصور بالدخول إليها، فلا تستطيع النظر إلى الصورة من الخلف. وإذا وضعت ورقة أو شاشة في هذه النقطة، ستظهر الصورة على الشاشة كما في الشكل 12 ويعد هذا غير ممكن في الصورة الخيالية لأنها تتكون من التقاء امتدادات الأشعة المنعكسة وليس من التقاء الأشعة المنعكسة نفسها