الفيزياء

ظاهرة “الانعكاس الداخلي الكلي”

2011 الضوء واللون

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

ظاهرة الانعكاس الداخلي الكلي الفيزياء

عندما تجري اتصالاً هاتفياً يتحول صوتك إلى آلاف النبضات الضوئية التي تنتقل عبر أسلاك (كابلات) من الألياف البصرية، وتحتجز الكابلات الضوء في داخلها بفضل ظاهرة تسمى "الانعكاس الداخلي الكلي".

تسمح المواد الشفافة كالزجاج والماء عادةً للضوء بعبورها، لكن الضوء قد يُحتجز أحياناً في داخلها، فإذا اصطدم شعاع ضوئي داخل المادة بسطحها بزاوية صغيرة جداً فإن ذلك الشعاع الضوئي سيرتد عائداً إلى الداخل.

وعندما يحصل هذا التأثير، والذي نسميه "الانعكاس الداخلي الكلي"، في قطرات المطر، فإننا نحصل على قوس قزح.

 

وهذا ما يجعل الماس أيضاً براقاً ومتلألئاً. وبفضل الانعكاس الداخلي الكلي تستطيع كابلات الألياف البصرية نقل الضوء في أرجاء مختلفة وعبر مسافات عظيمة دون أي تسريب.

وتحوي تلك الكابلات مئات الألياف الزجاجية الدقيقة، التي تحمل كل منها نبضات ضوئية.

ويحدث الانعكاس الداخلي الكلي عندما يحاول الضوء أن يخترق جسماً ذا معامل انكسار أقل من معامل انكسار الوسط الأول، أي على سبيل المثال، كالانتقال من الزجاج إلى الهواء.

 

ويحدث الانعكاس عندما تكون زاوية السقوط، أي زاوية سقوط الضوء على السطح الفاصل بين الوسطين، فوق حد معيّن، ويُطلق عليها الزاوية الحرجة.

وعلينا أن نتذكر أن زاوية الأشعة الضوئية تقاس من خط وهمي يسمى خط التعامد، والذي يكون متعامداً على السطح الفاصل بين الوسطين.

عندما تكون زاوية السقوط أكبر من الزاوية الحرجة، ينعكس الضوء من على السطح الفاصل بين الوسطين بدلاً من العبور إلى الوسط الآخر.

 

وإذا كانت زاوية السقوط أقل من الزاوية الحرجة، يخرج الضوء من الوسط الأول، لكنه يكون منكسراً بعيداً عن خط التعامد.

أما إذا سقطت حزمة ضوئية على السطح الفاصل بزاوية تساوي الزاوية الحرجة تماماً سيحدث عندئذ شيء مثير للدهشة، سينكسر الضوء بزاوية 90 درجة من خط التعامد.

 

وبتعبير آخر، إن شعاع الضوء يسير على امتداد على السطح الفاصل بين الوسطين.

وستكتشف في هذا النشاط ما يحصل عندما يُحتجز شعاع ضوئي منبعث من مصباح جيب كهربائي داخل الماء من خلال الانعكاس الداخلي الكلي.

اظهر المزيد