ما هو انكسار الضوء؟
انكسار الضوء (بالإنجليزية: Refraction of Light) يُعرّف على أنه انتقال موجات الضوء بين وسطين مختلفين بسرعات متباينة، مما يتسبب في انحراف الموجة عن مسارها الأصلي قرب الخط العمودي الوهمي الذي يفصل بين هذين الوسطين. حيث تكون سرعة الضوء في الوسط الأول أعلى مما هي عليه في الوسط الثاني.
هذه الظاهرة يمكن مشاهدتها بسهولة يومياً. على سبيل المثال، عندما يتم إدخال قلم في ماء مائل، فإنه يبدو وكأنه مكسور. وقد قام العالم الفيزيائي ويلبرورد سنيل باكتشاف وصياغة قانون انكسار الضوء في بداية القرن السابع عشر، والذي يُعرف الآن بقانون سنيل (Snell’s Law).
كيفية حدوث انكسار الضوء
يعود تفسير انكسار الضوء إلى التغييرات في السرعة والطول الموجي للضوء عند الانتقال بين الأوساط المختلفة، وذلك وفقاً للمحددات التالية:
- تغيّر سرعة الضوء: عند انتقال موجات الضوء من وسط إلى آخر، تتغير سرعة الأطوال الموجية؛ فعلى سبيل المثال، عندما ينتقل الضوء من الهواء إلى الزجاج، تقل سرعته بحوالي 75%.
- تغيّر اتجاه الضوء: يساهم الانتقال بين وسيطين مختلفين في تغيير اتجاه الموجات الضوئية بالقرب من السطح الفاصل بينهما.
- التغيّرات المرتبطة بالسرعة والاتجاه: تؤدي هذه التغيّرات إلى حدوث ظاهرة انكسار الضوء.
معادلة قانون انكسار الضوء
معادلة سنيل، التي تُعرف أيضاً بقانون انكسار الضوء، تربط بين معاملات الانكسار في الوسطين اللذين تمر الموجة بينهما، والزوايا التي تشكلها أثناء الانكسار، على الشكل التالي:
(n1 / n2 = sin(α2) / sin(α1))
حيث أن:
- n1: معامل الانكسار للوسط الأول.
- n2: معامل الانكسار للوسط الثاني.
- α1: زاوية السقوط المكونة بين الشعاع الساقط والخط الوهمي العمودي الفاصل بين الوسطين.
- α2: زاوية الانكسار المكونة بين الشعاع المنكسر في الوسط الثاني والخط العمودي.
أهم التطبيقات العملية لظاهرة انكسار الضوء
فيما يلي أبرز التطبيقات العملية التي تعتمد على ظاهرة انكسار الضوء:
انكسار الضوء في العين
يقع انكسار الضوء في العين نتيجة انتقال الأشعة الضوئية من الهواء (الوسط الأول) إلى القرنية (الوسط الثاني)، حيث يحدث انكسار لحوالي 80% من الضوء في القرنية، في حين ينكسر النسبة المتبقية داخل العين حتى يتمكن الشخص من الإبصار.
انكسار الضوء في عدسات النظارات
تعتبر عدسات النظارات الطبية من أبرز التطبيقات لانكسار الضوء، حيث تقوم بتجميع وانكسار الضوء داخل عدسات زجاجية سميكة تسمح بتقريب الصورة وتوضيحها للأشخاص الذين يعانون من ضعف حاد في الرؤية.
انكسار الضوء في التلسكوب
بالإضافة إلى ذلك، يحدث انكسار الضوء أيضاً في عدسات التليسكوب، حيث تستقبل العدسة الكبيرة الأشعة الضوئية، وتقوم بتجميعها لكي تنكسر داخل التلسكوب، ثم تلتقي في نقطة واحدة لتكمل مسارها نحو العدسة الصغيرة، مما يجعل الأجسام البعيدة تبدو أقرب.
قوس قزح
تُعتبر ظاهرة قوس قزح واحدة من أكثر الأمثلة الطبيعية وضوحاً على انكسار الضوء؛ حيث تنكسر الأشعة الصادرة عن الشمس عندما تمر عبر قطرات المطر، مما يظهر قوس قزح بألوانه المتعددة.