لماذا وكيف ينكسر الضوء؟
إن انكسار الضوء عند انتقاله من وسط إلى آخر، يبدو لكثير من الناس بمثابة تقلب غريب من تقلبات الطبيعة ولا يفهمون لماذا لا يحافظ الضوء في الوسط الجديد على اتجاهه المستقيم ويختار طريقاً منكسراً.في الواقع إن شعاع الضوء يسلك سلوك فرقة من الجنود المشاة عندما تجتاز الحد الفاصل بين أرض منبسطة والسير عليها مريح وبسرعة ما.أما الثانية فهي وعرة وصعبة ولا يمكن السير عليها بنفس سرعة الأولى.ونستنتج من ذلك:أن الإنكسار في الضوء يعتمد على اختلاف سرعة الضوء في الأوساط التي ينتشر فيها فكلما زاد اختلاف السرعة، كلما زاد الانكسار.وما يسمى بـ(دليل الانكسار) الذي يبين مقدار انكسار الأشعة ما هو إلا عبارة عن النسبة بين تلك السرعات، وعندما نقرأ بأن دليل الانكسار عند الانتقال من الهواء إلى الماء يساوي 4/3 فإننا نعلم أن سرعة الضوء أكبر من سرعته في الماء بمقدار 1.3 مرة تقريباً.وبالتالي إذا كان شعاع الضوء عند انعكاسه يتبع أقصر الطرق، فإنه عند انكساره يختار أسرع الطرق.
الشمس والجليد تشعلان النار؟
نستطيع بواسطة الشمس إشعال النار وذلك بإحضار زجاجتين شفافتين (غطاء الساعات الزجاجي) ثم نلحمهما مع بعض من محيطهما بواسطة الطين أو أي مادة لاصقة بعد أن نملأهما بالماء وبهذا نشكل عدسة حارقة حقيقية نستطيع من خلالها تركيز أشعة الشمس على رقعة صغيرة من الورق أو الطحلب أو الأعشاب اليابسة الأمر الذي يؤدي إلى اشتعالها بسرعة.ولقد ملأنا الفراغ بين الزجاجتين بالماء لأن الزجاجتين محدبتان وزجاجة الساعة محاطة بسطحين (متحدي المركز) متوازيين خارجي وداخلي.ومعروف أن الأشعة عند مرورها بوسط محاط بمثل هذين السطحين لا تغير اتجاهها.وبمرورها خلال الزجاجة الأخرى المشابهة للأول فإنها لا تنحرف أيضاً.وبالتالي لا تتجمع في البؤرة، ولكي نركز الأشعة في نقطة واحدة، لا بد من ملء الفراغ بإحدى المواد الشفافة التي تكسر الأشعة أشد مما يكسره الهواء.أما الجليد فعندما يكون شفافاً فإنه يستخدم لصنع العدسات المحدبة الوجهين وبالتالي لإشعال النار وبالتالي يقوم الجليد بكسر أشعة الشمس إلا أنه لا يسخن ولا يذوب حيث أن دليل الانكسار في الجليد أقل بقليل من دليل الانكسار في الماء.
السراب
إن تعليل نشوء ظاهرة السراب العادي من الناحية الفيزيائية يتلخص في أن رمل الصحراء المتوهج بتأثير القيظ، يكتسب نفس خواص المرآة.لأن كثافة طبقة الهواء الساخنة القريبة منه، أقل من كثافة الطبقات العليا، وعند وصول شعاع الضوء المنبعث من أحد الأجسام البعيدة إلى هذه الطبقة من الهواء، يتقوس في داخلها بحيث يبتعد بعد ذلك عن سطح الأرض ويصل إلى عين المسافر وكأنه منعكس على سطح مرآة بزاوية سقوط كبيرة جداً، ويبدو عندئذ للمسافر أنه يرى أمامه سطح الماء الهادئ وقد امتد في الصحراء، فانعكست على صفحته صور الأجسام الموجودة على الشاطئ.وبشكل أكثر وضوحاً نقول:إن طبقة الهواء الساخنة، الموجودة بالقرب من الرمل المتوهج، لا تعكس الأشعة مثلما تعكسها المرآة، ولكن مثلما يعكسها سطح الماء، عندما ننظر إليه من الأعماق.إن ما يحدث في هذه الحالة ليس مجرد انعكاس.إنما يحدث ما يسمى (بالانعكاس الكلي).وحتى يحدث هذا يجب أن يكون الشعاع الداخل في طبقات الهواء مائلاً جداً أكثر من الميل الذي هو عليه.وفيما عدا ذلك، سوف لا تتكون لدينا الزاوية الحرجة لسقوط الشعاع التي لا يحدث بدونها انعكاس كلي.مع العلم دائماً أن الهواء الكثيف والثقيل يحاول دائماً الهبوط إلى الأسفل وإزاحة طبقة الغاز الخفيفة الموجودة تحته، إلى الأعلى.خاصة وأن الوضعية المطلوبة لطبقة الهواء لا تتحقق عند سكون الهواء وإنما عند تحركه، حيث أن طبقة الهواء المسخنة بحرارة الأرض لا تبقى ساكنة على الأرض، ولكنها تتراوح إلى الأعلى باستمرار وتستبدل دائماً بطبقة جديدة من الهواء الساخن والتبديل المستمر يجعل الرمل المتوهج على اتصال دائم بطبقة ما من الهواء المخلخل والذي يؤثر على سير الأشعة.
تحياتي للجميع
موضوع: لماذا و كيف ينكسر الضوء ؟