تعريف انكسار الضوء
يُعرّف انكسار الضوء (بالإنجليزية: Refraction of Light)؛ على أنّه انتقال موجات الضوء بين وسطين مختلفين بسرعات مختلفة بشكل يحرف الموجة عن المسار الذي كانت تسلكه باتجاه الخط الوهمي العمودي الذي يفصل بين الوسطين، إذ تكون سرعتها في الوسط الأول أعلى من سرعة انتقالها في الوسط الثاني،
كما أنّها ظاهرة يُمكن ملاحظتها بشكل يومي فعلى سبيل المثال؛ عند وضع قلم في الماء بشكل مائل سيبدو كأنه مكسور، كما تمّ اكتشاف وصياغة قانون انكسار الضوء من قِبَل العالم الفيزيائي ويلبرورد سنيل في بدايات القرن السابع عشر، الذي سُميَّ بقانون سنيل (Snell's Law).
آلية انكسار الضوء
يرجع تفسير انكسار الضوء الفيزيائي إلى التغيّر في السرعة والطول الموجي للضوء بين الأوساط المختلفة، على النحو الآتي:
- تغيّر سرعة الضوء بين الأوساط؛ تتغيّر سرعة أطوال الموجات الضوئية المنبعثة عند انتقالها من وسط إلى آخر؛ فعند انتقال الضوء من الهواء إلى الزجاج تقل سرعة الموجات الضوئية بمعدل 75%.
- تغيّر اتجاه الضوء؛ انتقال الضوء بين وسطين مختلفين يؤدي إلى تغيير في اتجاه الموجات الضوئية القريبة من السطح الفاصل بين الوسطين المختلفين.
- التغيّر في سرعة واتجاه الموجات الضوئية؛ يؤدي إلى ظاهرة انكسار الضوء.
معادلة قانون انكسار الضوء
يُطلق على قانون انكسار الضوء معادلة سنيل نسبةً للعالم الذي اكتشفها، ويربط القانون بين معاملات الانكسار في الوسطين اللذين تتحرك بينهما الموجة، والزوايا التي يشكّلها الانكسار، على النحو الآتي:
(n1 / n2 = sin (α2) / sin α1
حيثُ إنَّ:
- n1: هو معامل الانكسار للوسط الأول.
- n2: معامل الانكسار للوسط الثاني.
- α1: زاوية السقوط المتكوّنة بين الشعاع الساقط والخط الوهمي العمودي الفاصل بين الوسطين.
- α2: زاوية الانكسار المتكوّنة بين الشعاع المٌنكسر في الوسط الثاني والخط العمودي الفاصل بين الوسطين.
تطبيقات عملية على ظاهرة انكسار الضوء
فيما يأتي توضيح لأبرز التطبيقات العملية على ظاهرة انكسار الضوء:
انكسار الضوء في العين
يحدث انكسار الضوء في العين نتيجة انتقال الضوء من وسط الهواء (الوسط الأول) إلى القرنية (الوسط الثاني)، حيثُ ينكسر ما يُقارب 80% من الضوء في القرنية وما تبقى من النسبة المئوية ينكسر في العين الداخلية حتى يتمكن الشخص الإبصار.
انكسار الضوء في عدسات النظارات
تكمن أهمية انكسار الضوء في عدسات النظارات الطبية في تجميع الضوء وانكساره داخل عدسات زجاجية سميكة بشكل يسمح بتقريب الصورة وجعلها أوضح للأشخاص الّذين يُعانون من ضعف حاد في النظر.
انكسار الضوء في التليسكوب
وكذلك الحال في عدسات التليسكوب؛ حيثُ يستقبل الأشعة الضوئية عدسة كبيرة تعمل على تجميع الأشعة ليحدث لها انكسار داخل التلسكوب ، ومن ثمَّ تتجمع في نقطة واحدة لتكمل مسارها باتجاه عدسة أخرى صغيرة، والتي تنتهي بجعل الأشياء البعيدة تبدو أقرب.
قوس قزح
تُعد ظاهرة قوس قزح من أشهر التطبيقات الطبيعية على انكسار الضوء؛ حيثُ تنكسر الأشعة المنبعثة من الشمس بعد مرورها في قطرات المطر مُشكلة قوس قزح .
