الخصائص البصرية للمادة

انكسار الضوء 

الخصائص البصرية للمادة

الضوء والابصار

nهل سألت نفسك يوما كيف ترى الاشياء ؟  وهل تصورت نفسك وأنت تدرس وانقطع التيار الكهربائي فجأة ؟لا بد أنك ستشعر بالانزعاج لأنك لن ترى شيئا ؛فما هو الضوء وما علاقته بالابصار ؟

nالضوء شكل من أشكال الطاقة الكهرمغناطيسية يسبب لنا الاحساس بالرؤية .

nلقد كان التصور السائد قديما عند الاغريق ،أن الضوء يخرج من العين ويسقط على الجسم فنراه ، وبقي هذا الرأي سائدا الى أن جاء العلماء المسلمين وأبطلوا ذلك وبين العالم الحسن بن الهيثم وصحح هذه الفرضية وقال (ان الرؤية تتم نتيجة ورود الضوء من الاجسام المرئية الى العين فنراها ) ولتأكيد ذلك أنك اذا دخلت الى غرفة مظلمة فانك لن ترى شيئا  .

تفاعل الضوء مع المادة

nعندما يسقط الضوء على جسم ما فان قسما منه ينعكس وقسما ينكسر وقسما اَخر يمتصه الجسم .وما يحدث للضوء يحدث للامواج الكهرمغناطيسية أي أن :-

الطاقة الساقطة =  الطاقة المنعكسة +  الطاقة النافذة   +  الطاقة الممتصة

الطاقة الساقطة       الطاقة الساقطة     الطاقة الساقطة     الطاقة الساقطة

  1= معامل الانعكاس + معامل النفاذ + معامل الامتصاص

  1= معامل الانعكاس + معامل النفاذ+ €

nتقسم الاجسام الى أنواع :-

انواع الاجسام

nأجسام مضيئة :- وهي التي تصدر الضوء من ذاتها مثل(الشمس).

nأجسام مستضيئة :- وهي التي تعكس الضوء الساقط عليها مثل (القمر )

nومن حيث الشفافية تقسم الى :-

nأجسام شفافة : تسمح للضوء بالنفاذ من خلالها (كالزجاج)

nأجسام غير شفافة :-لا تسمح للضوء بالنفاذ من خلالها (الخشب)

خصائص الضوء

nللضوء خصائص وهي :-

n1- يسير في خطوط مستقيمة .

n2- الانعكاس .

n3- الامتصاص .

n4- النفاذ.

n5- الانكسار .

n6- الظلال.

الانعكاس     (Reflection)

nالانعكاس هو ارتداد الضوء الساقط عن جسم فيبقى في الوسط نفسه ولا ينفذ للوسط الاخر .

nقانونا الانعكاس :-

n1- الشعاع الساقط ،والشعاع المنعكس والعمود المقام على السطح العاكس من السقوط ،تقع جميعها في مستوى واحد يكون دائما عموديا على السطح العاكس

n2- أن زاوية الانعكاس تزداد بازدياد زاوية السقوط وتنقص بنقصانها وأنهما في جميع الحالات متساويتان .

n( لقد ناقش العلماء منذ زمن الاغريق ،مسألة انعكاس الضوء ،وتوصلوا الى  أن زاوية السقوط = زاوية لانعكاس كما توصل الحسن بن الهيثم الى القانون الاول ) .

nأنواع الانعكاس :-

n1- انعكاس منتظم :-عندما يكون سطح الجسم العاكس مصقولا كالمرآة وينتج منه أخيلة تعتمد على نوع السطح العاكس(زاوية السقوط = زاوية الانعكاس)

n2 - انعكاس غير منتظم :- عندما يكون السطح العاكس خشناًَ فتتفرق الاشعة المنعكسة بزوايا منعكسة ولا تتكون أخيلة .

n

النفاذ (Transmission)

nالنفاذ :- هو انتقال الضوء (عندما يسقط على السطح الفاصل بين وسطين )من الوسط الاول الى الوسط الثاني ويسمى الوسط الذي ينتقل فيه الضوء بالوسط الشفاف ، كالزجاج .

nأنواع المواد الشفافة :-

n1- مواد تامة الشفافية:اذا نظرنا منها نرى معالم الجسم الموجود وراءها واضحة .

n2- مواد نصف شفافة: هذه المواد لا تنفذ الضوء ؛لكنك لا تميز صورة الجسم الموجود وراءها بوضوح وتعمل هذه الجزيئات على تفريق الاشعة بداخلها ؛لذلك تنفذ الاشعة في اتجاهات مختلفة وبالتالي لا ترى بوضوح .

n3- مواد مرشحة: وهذه المواد لا تنفذ جميع الوان الطيف ،بل تنفذ اللون الخاص بها  فاذا نظرت في ورقة سيلوفان صفراء فانك سترى اللون  الاصفر وهكذا

معامل النفاذ ومعامل الانعكاس

nلقياس معامل النفاذ تستخدم جهاز يسمى الفوتومتر ، نستقبل الضوء من مصدر معين ونجد شدة الاستضاءة (ش1)ثم نضع المادة الشفافة بين مصدر الضوء والفوتومتر ونجد شدة الاستضاءة (ش2)عندئذ فان:- معامل النفاذ  =  ش1

                            ش2            

nيسمى معامل النفاذ الشفافية وهو غير ثابت للمادة الواحدة اذ تعتمد قيمته على سمك المادة الشفافة .ان المادة الشفافة تمتص جزءا من الطاقة الضوئية ويعتمد هذا الجزء على طول مسار الشعاع الضوئي في المادة الشفافة .

nلقياس معامل الانعكاس نتبع الطريقة السابقة ،فنقيس شدة الاستضاءة الساقطة (ش1) وشدة الاستضاءة المنعكسة (ش2) فيكون :

nمعامل الانعكاس = ش3

                              ش1

الامتصاص (Absorption)

nإن أي جسم يسقط عليه الاشعاع يمتص جزءا منه وأن معامل الامتصاص للمواد المختلفة يتراوح بين (7%) للفضة المصقولة و (99%) للدهان الاسود .

nتتحول الطاقة التي يحدث لها امتصاص الى طاقة حرارية في المادة الماصة . وفي بعض الاحيان يصاحب هذا التحول ظواهر أخرى منها :ـــــ

n1- في الخلية الكهروضوئية : ينتج من امتصاص الضوء الكترونات

n2- في البطارية الشمسية :ينتج من امتصاص الضوء اختزان للطاقة الكهربائية .

n3- في أوراق النبات الخضراء :ينتج من امتصاص الضوء حدوث عملية التمثيل الضوئي .

الانكسار  (Refraction)

nلماذا يبدو قاع بركة السباحة أقل عمقاً من عمق البركة الحقيقي ؟وإذا وضعت قلما في كوب ماء ،خيل إليك أن القلم مكسور عند سطح الماء فما السر في ذلك ؟

nتعرفت سابقا أن الضوء يسير في خطوط مستقيمة في الوسط المتجانس ،وأنه إذا سقط على جسم غير شفاف فإن قسما منه ينعكس عنه بزاوية تساوي زاوية سقوطه ولكن ماذا يحدث للضوء إذا سقط على وسط شفاف يسمح له بالنفاذ منه ؟فما هو الانكسار؟ وما قوانينه ؟ وما التطبيقات عليه في المسائل الرياضية ؟وبعض مفاهيمه ؟ وبعض الظواهر الطبيعية المتعلقة به ؟وما هي المفاهيم الاساسية المتعلقة بالانكسار ؟ هذه الاسئلة وغيرها ستجيب عنها إن شاء الله من خلال الفصل التالي .

انكسار الضوء

nمفهوم الانكســــــار :-

n   هو تغير مسار الشعاع الضوئي عند انتقاله من وسط شفاف الى

       اخر مختلف عنه .

n الكثافة الضوئية لوسط ما:

   هو المقدار الذي يميز اعتماد سرعة انتشار الضوء على نوع الوسط وتقاس بالقيمة العددية لمعامل الانكسار المطلق للوسط أو هي قدرة الوسط على كسر الأشعة الضوئية عند نفاذها فيه

nالسطح الفاصل :

  هو السطح الذي يفصل بين وسطين شفافين مختلفين في الكثافة الضوئية

nالشعاع الضوئي الساقط :

هو الشعاع المتجه الى السطح الفاصل ويقابله في نقطة السقوط

nزاوية السقوط :

هي الزاوية المحصورة بين الشعاع الضوئي الساقط

والعمود المقام من نقطة السقوط على السطح الفاصل

nالشعاع الضوئي المنكسر:

هو المسار الجديد للشعاع الضوئي في الوسط

الثاني بعد نفاذه من السطح الفاصل

nزاوية الانكسار:

هي الزاوية المحصورة بين الشعاع الضوئي المنكسر

والعمود المقام من نقطة السقوط على السطح الفاصل

قانونا الانكسار (1)

n1- إن الشعاع الساقط والشعاع المنكسر والعمود المقام على السطح الفاصل من نقطة السقوط تقع جميعها في مستوى واحد.

n2- إن النسبة بين جيب زاوية السقوط ،وجيب زاوية الانكسار تساوي مقدارا ثابتا

n.ويكتب بالصيغة الرياضية كالتالي :-

        

قانونا الانكسار (2)

n هذا وقد توصل الحسن بن الهيثم الى القانون الاول ،كما توصل الى أن ثم علاقة بين زاوية سقوط الشعاع الضوئي وزاوية انكساره ، إلا أنه لم يتوصل الى العلاقة الرياضية السابقة ولكن العالم الفلكي الهولندي (سنل) .

وإذا كان الوسط الاول في الفراغ (الهواء) فإن معامل الانكسار عندئذ يسمى معامل الانكسار المطلق للمادة أو اختصارامعامل انكسار المادة أي أن :-

ملاحظات

1- من القانون الأول يتضح أن بزيادة زاوية السقوط تزداد زاوية الانكسار ولكن ليس بصورة متناسبة.

2- للشعاعين الساقط والمنكسر خاصية انعكاسية .

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

4- عند عبور شعاع الضوء من وسط السرعة فيه أقل الى وسط السرعة فيه أعلى - من ماء الى هواء - فان الشعاع ينكسر مبتعدا عن العمود ومقتربا من السطح الفاصل وفي هذه الحالة يكون معامل الانكسار النسبي بين الماء والهواء أصغر من الواحد وهذا الذي يفسر النقص الظاهري لعمق خزان الماء عندما ينظر الانسان الى الماء .

5 - اذا سقطت الأشعة الضوئية على السطح الفاصل بين وسطين شفافين بصورة عمودية فانها تنفذ الى الوسط .

أمثلة محلول

nمثال (1) :-

nسقط شعاع ضوئي من الهواء على سطح ماء بزاوية سقوط مقدارها (60) فانكسر في الماء بزاوية انكسار مقدارها (40) جد معامل انكسار الماء علما أن جا 60=866ر 

      جا40= 643ر .

nالحل :- 1-  نرسم مخططا يوضح السؤال ونضع عليه المعطيات

n          2- نكتب القانون م=  جا  زاوية السقوط    =     866ر

                                           جا زاوية الانكسار           634ر

قانون سنل

nوينص قانون سنل على أن :-

nم1*جا α = م2*جا β

nينكسر الضوء عندما من وسط الى اخر ،يختلف عنه في معامل انكساره .

nزاوية الانحراف :- الزاوية المحصورة بين الشعاع المنكسر وامتداد الشعاع الساقط (ح) انظر الى الشكل المجاور ح

nإذا زاوية الانحراف = زاوية السقوط – زاوية الإنكسار

nح= α> – β>

قانون سنل         

nمثال :-

nسقط شعاع من الهواء على سطح الماء بزاوية (65) فما زاوية انحرافه ؟ (م للهواء=1؛م للماء=33ر1)

nالحل :-

nم1*جا α = م2*جا β      

n1*جا65 = 33ر1*جا β

n جاβ = 43

n ح = > α - > β

n    = 65- 43= 22

البعد الحقيقي والبعد الظاهري

nلماذا تبدو السمكة في حوض على عمق أقل من عمقها الحقيقي ؟

nالجواب هو أن الاشعة الضوئية تنكسر عند سطح مبتعدة عن العمود المقام وامتداد هذه الاشعة المنكسرة يشكل خيال السمكة  بالنسبة للمشاهد على سطح الارض.

nيطلق على البعد الذي يبدو للمشاهد أن الجسم عنده (موضع الخيال ): البعد الظاهري.

nعند انتقال الشعاع الضوئي من وسط خفيف (معامل انكسار مادته صغير) الى وسط كثيف (معامل انكسار مادته كبير) يكون البعد الظاهري أكبر من البعد الحقيقي .

nعند انتقال الشعاع الضوئي من وسط كثيف(معامل انكسار مادته كبير) الى وسط خفيف (معامل انكسار مادته صغير) يكون البعد الظاهري أقل من البعد الحقيقي .

انكسار الضوء في المنشور

nاذا سقط شعاع ضوئى باتجاه منشور ثلاثي بزاوية (α )  فانه ينكسر بزاوية (β ) على السطح الاول ثم يسقط على السطح الثاني بزاوية سقوط (α ) لينكسر في الهواء بزاوية (β ) . في هذه الحالة ينحرف الشعاع انحرافين :

nوبالتالي تكون زاوية الانحراف الكلي للشعاع الساقط تساوي:

n ح = ح1+ح2وبتعويض قيمه كل من ح1وح2 تصبح

n  ح= α1 + β2 - أ

زاوية الانحراف الصغرى في المنشور

nتعتمد زاوية الانحراف في المنشور على كل من: زاوية السقوط ومعامل انكسار المنشور وزاوية رأسه وفي وضع التماثل تصبح زاوية الانحراف الصغرى تساوي :

n(ح=2α1 – أ) علما بأن زاوية أ= α2- β1   وα1= β2

تحلل الضوء في المنشور

nعندما يسقط ضوء الشمس الابيض على الوجه الاول للمنشور بزاوية معينة فإنه ينكسر داخل المنشور ويسقط على السطح الثاني بزوايا سقوط مختلفة ليخرج من المنشور بزوايا انكسار مختلفة لالوان مختلفة تظهر على الحاجز  والسبب أن ضوء الشمس الابيض مركب من عدة الوان لكل منها معامل انكسار خاص به .

nإن الطيف الضوئي مكون من منطقتين : منطقة الطيف المرئي ومنطقة الطيف غير المرئي وهذا النوع من الطيف يتكون من سبعة الوان تعرف( بالوان قوس قزح ) ومن المعروف أنه باختلاف لون الطيف يختلف الطول الموجي ،وباختلافه يختلف معامل الانكسار.

الانعكاس الكلّي الداخلي:

إذا مر شعاع ضوئي من وسط شفاف معامل انكساره ( n) إلى الهواء بزاوية سقوط تساوى صفرا فانه يخرج عموديا على السطح الفاصل دون أن يعاني أي انحراف , وكلما زادت زاوية السقوط زادت زاوية الانكسار غير أن زاوية الانكسار تزيد بمعدل اكبر ( لأنها في الوسط ذو الكثافة الأقل – الهواء - ) , وعندما تصل زاوية السقوط بالوسط الشفاف إلى قيمتها العظمى فإنها تنكسر بالهواء أكبر زاوية انكسار ممكنة عمليا بحيث تمس السطح أي بزاوية90 . وتسمى زاوية السقوط في هذه الحالة بالزاوية الحرجة ( critical angle ) .

http://www.hsphysics.net/java/totintrefl/index.htl

تابع الانعكاس الكلي الداخلي

nوبالتالي فانه من السهولة توقع ما يمكن حدوثه إذا زيدت زاوية سقوط الشعاع بالوسط عن مقدار الزاوية الحرجة ! لا بد أنّ الشعاع سينعكس كله عند السطح ويحبس داخل الزجاج فيما يعرف بظاهرة الانعكاس الكلى الداخلي .

nومن الملاحظ أن حدوث هذه الظاهرة يتطلب بالضرورة سقوط الشعاع على سطح سرعته خارجه اكبر من سرعته داخله أي أن ينتقل من مادة كثيفة ضوئيا ( ذات معامل انكسار اكبر) إلى مادة اقل كثافة ضوئية , وبزاوية سقوط اكبر من الزاوية الحرجة .

تطبيقات على ظاهرة الانعكاس الكلي الداخلي

n1- السراب

n2- قوس قزح

n3-الالياف الضوئية

السراب

nالسراب :- هو عبارة عن ظاهرة طبيعية تحدث بسبب الاختلاف في كثافة طبقات الهواء القريبة من سطح الارض وحدوث الانعكاس الكلي الداخلي في إحداها عندما تزيد زاوية سقوط الاشعة فيها عن الزاوية الحرجة.

nوتفسيرا لما يشاهده المسافر في الصحراء وفي المناطق القطبية أثناء النها رمن صور مقلوبة للأشياء كالاشجار والحيوانات فإن ذلك مرده الى وجود ظاهرة السراب .

nوقد ورد ذكر السراب في القران الكريم في سورة النور في قوله تعالى (( والذين كفروا أعمالهم كسراب بقيعة.(1) يحسبه الظمآن ماء حتى إذا جاءه لم يجد شيئا ووجد الله عنده فوفاه حسابه والله سريع الحساب)) . بقيعة:-المكان الخالي الفسيح )

nأنواع السراب:-

n1- سراب صحراوي .

n2- سراب قطبي .

السراب الصحراوي

nكيف يحدث السراب الصحراوي؟

nعندما تكون الشمس ساطعة ترتفع درجة حرارة سطح الارض فتسخن طبقة الهواء التي فوقها فتكون درجة حرارة الهواء في الطبقة التي تليها أقل سخونة وهكذا تنتقل الاشعة الصادرة عن الاجسام على سطح الارض من منطقة هواء بارد نسبيا الى أخرى أسخن فتنكسر الاشعة عند السطح الفاصل بينهما مبتعدة عن العمود المقام على السطح الفاصل من نقطة السقوط وتستمر كذلك الى أن تصل زاوية السقوط الى زاوية أكبر من الزاوية الحرجة فتنعكس انعكاس كلي داخلى ونتيجة لذلك يسير الضوء الى عين الناظر عبر المسار المبين في الشكل المجاور على أنه خيال مقلوب .

السراب القطبي

nكيف يحدث السراب القطبي؟

nيحدث السراب القطبي نتيجة اختلاف كثافة طبقات الهواء القريبة من الارض حيث تكون الطبقات القريب من الارض عاليه البرودة  والاعلى منها تتميز أنها اقل برودة  في هذه الحالة تنتقل الأشعة الصادرة عن الاجسام على سطح الارض من منطقه هواء بارد جدا الى منطقه هواء اقل برودة فتنكسر الأشعة عند السطح الفاصل مبتعدة عن العمود المقام عليه وتستمر كذلك الى ان تصل الى زاوية سقوط اكبر من الزاوية الحرجة  وعندها يرى الناظر امتداد االاشعه المنعكسة  ليشاهد خيالا مقلوبا .

nمن الملاحظ انه في الشتاء بعد سقوط المطر وظهور اشعه الشمس مباشرة تكون قوس قزح في الافق وعند الكتابة بقلم حبر جاف وسقوط اشعه الشمس عليه فانك تلاحظ ظهور الوان الى جانب القلم , فما تفسير هذه الظواهر ؟ فما هو قوس قزح؟ وما شروط تكونه ؟ .

nقوس قزح:ظاهره طبيعية تحدث في الافق المقابل للشمس في الشتاء وتحدث بفعل تحلل ضوء الشمس في قطرات الماء وحدوث انعكاسات كليه داخليه فيها .

nوهو من الظواهر الطبيعية الاخرى التي يمكن تفسيرها ايضا بواسطة الانعكاس الكلي الداخلي .

nما شروط حدوث ظاهره قوس قزح؟

n1- وجود اشعه الشمس .

n2- وجود قطرات الماء التي يحدث فيها الانعكاس .

ما هي الالياف الضوئية؟

nكلما تحدث الناس عن أنظمة التلفون أو التلفزيون التي تعمل بالكوابل أو شبكات الانترنت اقترن الحديث دوما بذكر الألياف الضوئية فما هي الألياف الضوئية؟

nالألياف الضوئية: هي عبارة عن جدائل طويلة من زجاج على درجة عالية من النقاء يصل رفعها إلى حد أن تماثل شعرة الإنسان. تصطف هذه الجدائل معا في حزمة تسمى الحبل الضوئي (optical cable).

مميزات الألياف الضوئية

nلقد أحدثت الألياف الضوئية ثورة في عالم الاتصالات لتميزها على أسلاك التوصيل العادية فهي

n1-أكثر قدرة على حمل المعلومات لان الألياف الضوئية ارفع من الأسلاك العادية فانه يمكن وضع عدد كبير منها داخل الحزمة الواحدة مما يزيد عدد خطوط الهاتف أو عدد قنوات البث التلفزيوني في حبل واحد. يكفي أن تعرف إن عرض النطاق للألياف الضوئية يصل إلى 50THZ في حين إن اكبر عرض نطاق يحتاجه البث التلفزيوني لا يتجاوز 6MHz .

n2-اقل حجما حيث أن نصف قطرها اقل من نصف قطر الأسلاك النحاسية التقليدية فمثلا يمكن استبدال سلك نحاسي قطره 7.62سم بآخر من الألياف الضوئية قطره لا يتجاوز0.635سم و هذا يمثل أهمية خاصة عند مد الأسلاك تحت الأرض.

مكونات الالياف الضوئية

•Core  و هو قلب من الزجاج الفائق النقاء يمثل المسار الذي ينتقل من خلاله الضوء

•cladding و هو المادة الخارجية التي تحيط بالقلب الزجاجي و هي مصنوعة من زجاج يختلف معامل انكساره عن معامل انكسار الزجاج الذي يصنع منه القلب و يعكس الضوء باستمرار ليظل في داخل القلب الزجاجي.

•Buffer coating  و هو غلاف بلاستيكي يحمي القلب من الضرر.

n     مئات أو ربما الآلاف من هذه الألياف الضوئية تصطف معا في

          حزمة لتكون الحبل الضوئي الذي يحمى بغطاء خارجي يسمى

          جاكيت.

آلية عمل الالياف الضوئية

nافترض انك تريد أن توصل ومضة ضوئية خلال مسار طويل مستقيم كل ما عليك هو أن توجه الضوء خلال هذا المسار و لان الضوء ينتقل في خطوط مستقيمة فانه سيصل للطرف الآخر بلا مشاكل. لكن ماذا لو كان المسار به انحناء؟ بسهولة يمكن أن تتغلب على ذلك بوضع مرآة عند الانحناء لتعكس الضوء إلى داخل المسار مرة أخرى . و بنفس الطريقة تحل المشكلة لو كان المسار كثير الانحناءات حيث تصف مرايا على طول المسار لتعكس الضوء باستمرار من جانب لأخر ليبقى في مساره. هذه بالضبط هي فكرة عمل الألياف الضوئية. حيث ينتقل الضوء بواسطة الانعكاس المستمر عن الجدار المحاذي للقلب الزجاجي(cladding) انعكاسا داخليا كليا. و لان هذا الجدار لا يمتص أي من الضوء الساقط عليه فان الإشارة الضوئية يمكن أن تسافر مسافات طويلة. و لكن يحدث أحيانا أن يفقد جزء من الضوء حيث تمتصه الشوائب الموجودة في القلب الزجاجي

الاخيلة (العدسات)

nفي خاصية الانكسار السابقة التي تعرفنا عليها في  جميع حالتها كان السطح الفاصل الذي تنكسر عنده الاشعة الضوئية مستويا وفي هذه الخاصية سنتابع موضوع الانكسار عندما يكون السطح الفاصل منحنيا غير مستوي كما سنناقش إحدى الادوات المهمة التي تعتمد مفهوم انكسار الضوء والتي كان لاختراعها الاثر الكبير في تقدم العلوم وبخاصة علم الفلك هذه الاداة هي العدسة .فما العدسات ؟ وما أنواعها وكيف تكسر الاشعة الضوئية ؟وما صفات الاخيلة التي تكونها ؟وما تطبيقاتها العملية في الحياة ؟هذه الاسئلة وغيرها ستتمكن من الاجابة عنها بعد دراستك لهذه الخاصية إن شاء الله .

العدسات مفهومها وأنواعها

nالعدسة :-جسم شفاف محصور بين سطحين كرويين .

nأنواع العدسات :-

n1- عدسة محدبة (convex ( :- تكون ثخينة في الوسط ورقيقة في الاطراف . وإذا سقطت أشعة متوازية عليها فانها تجمعها في نقطة واحدة لذلك سميت عدسة لامة أو جامعة . وتكون العدسة المحدبة على ثلاث أشكال :-

n1- عدسة محدبة الوجهين .

n2- عدسة محدبة مستوية .

n3- عدسة محدبة مقعرة .

العدسات مفهومها وأنواعها

n2- العدسة المقعرة(:- (concaveتكون رقيقة في الوسط وسميكة من الاطراف وإذا سقطت عليها أشعة متوازية فانها تفرقها لذلك تسمى العدسة المفرقة وهي ثلاث أنواع حسب تحدب سطحها:-

n1- عدسة مقعرة

n2- عدسة مقعرة مستوية

المصطلحات المستعملة في دراسة العدسات

n1- مركز التكور :- مركز الكرة التي يكون سطح العدسة جزءا منها وللعدسة مركز تكور لكل سطح .

n2- المحور الرئيسي :- امتداد الخط الواصل بين مركزي تكور سطحي العدسة

n 3- قطب العدسة :- نقطة تقاطع سطح العدسة مع محورها ولها قطب لكل سطح

n4- السطح الاساسي :- السطح الذي تتلاقى فيه امتدادات الاشعة الساقطة على العدسة مع امتدادت الاشعة النافذة منها .

n5- المركز البصري :- نقطة في العدسة على محورها الرئيسي لا يتغير اتجاه الشعاع المار فيه .

n6- البعد البؤري :- المسافة بين المركز البصري للعدسة وإحدى نقطتيها  البؤرتين (البعد للعدسة المحدبة موجب وللمقعرة سالب ،بؤرة المحدبة حقيقة والمقعرة وهمية)

n3- عدسة مقعرة محدبة

المصطلحات المستعملة في دراسة العدسات

n7- النقطة البؤرية الاولى :-نقطة على محور العدسة الرئيسي تنكسر الاشعة الصادرة منها في العدسة وتخرج موازية لمحورها (المحدبة) أو تتلاقى فيها امتدادات الاشعة الساقطة على العدسة التي تنكسر ثم تخرج موازية لمحورها (المقعرة)

n8- النقطة البؤرية الثانية:- نقطة على محور العدسة تتجمع فيها الاشعة المتوازية والموازية لمحور العدسة بعد انكسارها عن العدسة (المحدبة) أو تنكسر الاشعة المتوازية عند سطحي العدسة وتبدو كأنها خارجة منها (المقعرة)

n9- الخيال الحقيقي :- الخيال الذي يتكون بسبب تلاقي الاشعة بعد انكسارها عند سطحي العدسة ويمكن جمعه على ستار .

n10-الخيال الوهمي:- هو الذي لا يتكون عند تلاقي امتداد الاشعة المنكسرة ولا يمكن جمعه على ستار .

المصطلحات المستخدمة في دراسة العدسات

n11-الجسم الحقيقي :- هو الجسم الذي تصدرعنه أشعة متفرقة قد يكون ماديا مثل الشمعة أو يكون خيالا حقيقيا تكونه عدسة محدبة ويقع أمام عدسة أخرى .

n 12- الجسم الوهمي :- خيال وهمي تكونه عدسة ثم تسقط الاشعة (التي يتكون الخيال الوهمي عن التقاء امتدادها )على عدسة اخرى

عمل العدسة ( المنشور)

nيقوم المنشور على حرف الاشعة الضوئية وزاوية الانحراف الكلي تعتمد على زاوية رأسه ففي الشكل المجاور الشعاع (أ) سقط عموديا على جزء من المنشور يشبه متوازي المستطيلات

اذ لا ينحرف الشعاع عن مساره اما الشعاع

(ب)فقد سقط على جزء من منشور زاوية رأسه

صغيرة فتكون زاوية انحرافه صغيرة  بينما الشعاع

(ج) سقط على جزء من منشور زاوية رأسه كبيرة

وبذلك تكون زاوية انحرافه أكبر وتتلاقى هذه

الاشعة في البؤرة والخلاصة يمكننا اعتبار العدسة مكونة من

مجموعة شرائح كل شريحة جزء من منشور ثم تكون زوايا رؤوس

المنشورات صغيرة في الوسط وتكبر حتى نصل الى الاطراف.

العدسة الرقيقة

nالعدسة الرقيقة :-

nهي العدسة التي يكون سطحاها الكرويان قريبين من بعضهما الى درجة يمكن اعتبار المسافة بينهما (سمك العدسة) صغيرة بالنسبة لبعدها البؤري . لاحظ الشكل المجاور

صفات الأخلية المتكونة لجسم في العدسات

nيقصد بصفات الاخيلة المتكون لجسم بوساطة عدسة أن يكون : حقيقيا أم وهميا ؛مكبرا أم مصغرا ؛معتدلا أم مقلوبا

nولتحديد ذلك يمكن استخدام إحدى الطريقتين الآتيتين:-

nفي هذه الطريقة يكتفي بتحديد الخيال المتكون للجسم برسم شعاعين من الاشعة الثلاثة الآتية مع استخدام مقياس رسم مناسب

n1- شعاع مواز للمحور الرئيسي ينكسر في العدسة مارا بالبؤرة الثانية وذلك في العدسة المحدبة أو امتداد ليمر بالبؤرة الثانية وذلك في العدسة المقعرة .

n2- شعاع مار بالبؤرة الاولى ينكسر في العدسة ويخرج موازيا لمحورها وذلك في العدسة المحدبة أو امتداد الشعاع المار بالبؤرة ينكسر موازيا للمحور الرئيسي وذلك في العدسة المحدبة .

صفات الاخيلة المتكونة لجسم في العدسة 

n3- شعاع يمر بالمركز البصري ينفذ دون أن يغير مساره في كلتا العدستين .

nتكبير الخيال يتحدد من العلاقة الآتية :- ت= طول الخيال

                                                           طول الجسم

      = لَ                                 (ت: التكبير)

         ل               يعد الخيال مكبرا اذا كان ت>1

                          ويعد مصغرا اذا كان      ت<1

                         مساويا للجسم اذا كان     ت=1

الطريقة الحسابية

n       1     1      1              تعرف هذه المعادلة  ب

         س    ص    ع               قانون العدسات العام

nعند استخدام المعادلة السابقة يجب اعتماد الاتي :-

nس: بعد الجسم عن المركز البصري يعد موجبا للجسم الحقيقي

nص: بعد الخيال عن المركز البصري يعد موجبا للخيال الحقيقي وسالبا للخيال الوهمي .

nع:البعد البؤري للعدسة يعد موجبا للعدسة المحدبة ،وسالبا للعدسة المقعرة .

      ملاحظة:-

     (انظر السؤال في الشريحة التالية )

امثلة محلوله

nوضع جسم طوله( 2سم )على محور عدسة محدبة رقيقة وعلى بعد( 8سم ) من مركزها البصري بحيث يكون الجسم عموديا على محور العدسة باعتبار البعد البؤري للعدسة( 4سم ) حدد صفات الخيال المتكون للجسم؟

nالحل :-

nطبق العلاقة  1  +  1  =  1             1  +    1  =    1               1 =  1

                    س   ص   ع              8      ص          4               ص  8

    ص= 8سم ( الخيال حقيقي ،ومقلوب لكون بعده موجبا ويقع في الجهة الثانية للعدسة).

التكبير (ت)= ص   =    لً      ت= 8=   لً          لً= 2سم (الخيال = للجسم)

                 س           ل             8     2  

صفات الأخيلة في العدسات المحدبة   

nتختلف صفات الاخيلة في العدسة المحدبة باختلاف بعد الجسم عن  العدسة.

صفات الاخيلة في العدسة المقعرة

nبخلاف العدسة المقعرة التي لا تعتمد صفات الخيال المتكون فيها على بعد الجسم عنها , وهو دائماً (وهمي ,معتدل , مصغر) .

جدول يبين الحالات الخمسة لصفات خيال الجسم الموضوع أمام عدسة محدبة.

تابع المميزات

n3-اخف وزنا فيمكن استبدال أسلاك نحاسية وزنها 94.5كجم بأخرى من الألياف الضوئية تزن فقط 3.6كجم.

n4-فقد اقل للإشارات المرسلة

n5-عدم إمكانية تداخل الإشارات المرسلة من خلال الألياف المتجاورة في الحبل الواحد مما يضمن وضوح الإشارة المرسلة سواء أكانت محادثة تلفونية أو بث تلفزيوني. كما إنها لا تتعرض للتداخلات الكهرومغناطيسية مما يجعل الإشارة تنتقل بسرية تامة مما له أهمية خاصة في الأغراض العسكرية.

n6- غير قابلة للاشتعال مما يقلل من خطر الحرائق

n7-تحتاج إلى طاقة اقل في المولدات لان الفقد خلال عملية التوصيل قليل

بعض التطبيقات على العدسات

n1- تصحيح عيوب النظر

n2- المقراب الفلكي (التلسكوب).

n3- المجهر المركب

عيوب النظر

nالتعريف -: 

nقصر النظر : هى الحالة التى تتكون فيها الصورة أمام الشبكية

والسبب  إما استطالة خلقية في مقلة العين أو زيادة في تحدب العدسة البلورية.

nطول النظر : هى الحالة التى تتكون فيها الصورة خلف الشبكية , والسبب إما أن تكون مقلة العين قصيرة أو أن عدسة العين بها ارتخاء.

nhttp://web.macam.ac.il/~ltami/samah/SA24.htm

عدسات لاصقة تجعل قصير النظر يرى بوضوح من مسافة 100 متر

nالخبر المفرح لقصيري النظر هو ما تناقلته الأوساط العلمية عن أن العمل يجري حاليا بقسم الفيزياء التطبيقية بجامعة هايلدبيرغ بألمانيا ليست لديها المقدرة على تصحيح عيوب النظر فقط بل تقوية الرؤية العادية في الليل إلى خمسة أضعاف مما يجعل نظر الإنسان أكثر حدة من نظر القطط والبوم.

nويعمل جوزيف بيا أستاذ الفيزياء وزملاؤه على جهاز بصري  يدعى "المرآة النشطة" وهو جهاز يستخدم في التلسكوبات الفضائية لرصد النجوم الصغيرة والمجرات البعيدة.وتتصل المرآة النشطة بجهاز استشعار ذي موجة أمامية يعمل على تتبع وقياس مسار شعاع من الليزر الساقط والمرتد من العين.ومن خلال هذه الأشعة تقوم المرآة المصنوعة من الألمونيوم باكتشاف أنواع القصور المصابة به القرنية .

تابع الموضوع

nوتستخدم البيانات الدقيقة التي يوفرها الجهاز الجديد كأساس في إنتاج عدسات لاصقة تناسب الشخص الذي صنعت من أجله تكون لها خاصية تصحيح وتقوية النظر بحيث يصبح نظر مرتديها أفضل من نظر الشخص الطبيعي وفي النهار تقوم عدسات بيل بتركيز أشعة الضوء بدقة على الشبكية بحيث تصبح ورقة الشجرة الصغيرة أو الصورة الظلية لشجرة بعيدة واضحة وضوحا يفوق وضوح الصور المتكونة بواسطة مساعدات الرؤية التقليدية.

nوفي الليل تصبح لهذه العدسات قوة أكبر لأن هذه التقنية الجديدة مقارنة بالعدسات التي تباع في الأسواق حاليا تعمل في الظلام ويكون بؤبؤ العين باستعمالها أكثر اتساعا.

تابع

nويمكن لمرتدي هذه العدسات تبيين ملامح الوجه من على بعد 100 متر أي 80 مترا أبعد من الرؤية العادية.ووجد في تجربة الرؤية الليلية عاملا آخر يعزز هذا الاكتشاف حيث اتضح أنه وفي المنطقة شبه المظلمة تمكن الأفراد الذين أخضعوا للاختبار الرؤية خمس عشرة مرة أفضل من الرؤية بدون العدسات.وسوف يستفيد الملايين من الذين يعانون من قصور في الرؤية ليلا من اختراع (بيل)  وسوف يضع ارتداء هذه العدسات نهاية لمعاناة السائقين ليلا على الطرقات السريعة الذين لا يكادون يميزون معالم الطريق أمامهم في الظلام وتؤدي الأنوار المنبعثة من مصابيح السيارات التي تصادفهم من الاتجاه المعاكس إلى إصابتهم بالزغللة.

المقراب الفلكي (التلسكوب)

nالميكروسكوب جهاز مجهري يكبر الأجسام الصغيرة لتسهل دراستها ومن المجاهر ما هو البسيط وما هو المركب. أما البسيط فهو عبارة عن عدسة مكبرة وبفضلها نحصل على صورة مكبرة للجسم. أما المركبة فتتكون من عدد كبير من العدسات وهي عبارة عن مجموعتين الأولى الموجهة للجسم وتبين صورة حقيقية للجسم ومجموعة علوية تكبر صورة الجسم الحقيقية التي بينتها المجموعة الأولى وفي هذا النوع من الميكروسكوبات نحصل على صورة مكبرة جداً.