تعريف نموذج الشعاع الضوئي
نموذج الشعاع الضوئي
بحث عن نموذج الشعاع الضوئي
يتكون نموذج الشعاع الضوئي من عدة مكونات وهم كالتالي :
- أشعة الضوء : عبارة عن خط مستقيم
- يطلق على علم استخدام أشعة الضوء لتحديد مسار الضوء عندما يصطدم بجسم ما اسم البصريات الهندسية
- عندما يصطدم شعاع الضوء المنبعث من مصدر الضوء بجسم ما، يتم اصطلاح على هذا الشعاع بـ `الشعاع الساقط`
- المواد الشفافة هي تلك المواد التي تمتلك القدرة على تمرير الضوء من خلالها بسهولة، فتمكّننا من رؤية ما خلفها بوضوح، مثل الزجاج الشفاف، وهناك مواد تسمح بمرور بعض الضوء فقط، مما يقلل من الرؤية من اتجاه واحد، مثل النظارات الشمسية.
- المواد المعتمة هي تلك التي لا تسمح بمرور الضوء على الإطلاق، مثل الخشب الذي يمتص الضوء، والمرايا التي تعكس الضوء.
- الصورة المنعكسة تُنتج عن استنساخ صورة باستخدام الضوء.
- يعرف انعكاس الضوء بالضوء المرتد أو الساقط.
- يتميز الشعاع المنعكس عن السطح المرآة بأنه يعاد الانعكاس.
- يقوم هذا الشعاع برسم خطٍ عمودي أو مائل ساقط على سطحٍ عاكسٍ منعكسٍ من النقطة التي اصطدم بها الشعاع.
- تسمي زاوية السقوط، وعند التعامل معها رياضياً تسمى Өط (ثيتا ط)، تلك هي الزاوية التي بين الشعاع الساقط وضعها الطبيعي.
- زاوية الانعكاس، زاوية بين الشعاع المنعكس وضعها الطبيعي، ويسمى رياضياً Ө r.
توضيح نموذج الشعاع الضوئي
عندما يواجه شعاع الضوء سطحا أملسا، ينعكس بشكل يجعل زاوية الشعاع الساقط طبيعية (دون أي أنكسارات للأشعة الضوئية) على ذلك السطح العاكس عند نقطة سقوط الشعاع، وهي نفس الزاوية التي تنتج عن الشعاع المنعكس في حال الوضع الطبيعي، والشعاع المنعكس والساقط والعمودي على السطح العاكس يقعون جميعا على نفس المستوى المحدد عند نقطة السقوط، ويظهر (θi = θr)
مقدمة في الضوء
الضوء بتعريف واسع يعتبر شكل من أشكال الطاقة في هذا الكون، تسمى طاقة الضوء بالموجة الكهرومغناطيسية، وطاقته موجبة وينتقل الضوء في الفراغ، فلا يحتاج لأي وسط مادي ينقله، والدليل أن ضوء الشمس ينتقل للأرض من الفضاء الذي لا يوجد به سوي الفراغ، وطاقة الضوء تتكون من أجزاء كهربائية ومغناطيسية، تنتقل هذه الطاقة في شكل موجات وتعتبر موجات الضوء أسرع شئ بكون تم رصده حتى الآن.
وللضوء طبيعة خاصة فهو ينتقل في شكل خطوط مستقيمة، لا تنحني حول الأشياء أو تغير مسارها سوي عن طريق تأثير الأجسام التي تسقط عليها أشعة الضوء، كالأجسام العاكسة للأشعة (المرايا) أو الأجسام التي تشتت الضوء، واستقامة أشعة الضوء هي السبب لظهور الظل، فالظل عبارة عن غياب أي ضوء خلف جسم الذي سقط عليه الضوء.
وجد العلماء أن للموجات الكهرومغناطيسية مستويات طاقية وأطوال موجية مختلفة، والضوء المرئي هو طول موجي محدد واحد يمكن لعيننا البشرية اكتشافه، ويحتوي الضوء المرئي على ألوان قوس قزح السبعة (أحمر، برتقالي، أصفر، أخضر، أزرق، نيلي، بنفسجي)، وهذا يعني وجود أطوال موجية أخرى غير مدركة بواسطة العين البشرية مثل (موجات الراديو، الميكروويف، الأشعة السينية، أشعة جاما).
قانون انعكاس الضوء
يعد نموذج الشعاع الضوئي مفيدًا عند دراسة انعكاس الضوء وانحرافه إلى صور مختلفة التي يتم إنشاؤها باستخدام العدسات ونوعين من المرايا وهي المرايا الكروية والمستوية.
أنواع الانعكاس للشعاع الضوئي
- انعكاس منتظم:
هو حدوث الانعكاس من خلال سطح مستوٍ ومثالي، ويكون شكل الضوء المنعكس واضحًا بشدة كبيرة في اتجاه معين، وبشدة قليلة في جميع الاتجاهات الأخرى التي ينعكس عليها.
- انعكاس منتشر:
يحدث الانعكاس المنتشر عندما ينعكس الضوء على سطح غير منتظم أو خشن، وعلى الرغم من أن الشعاع الضوئي ينعكس في اتجاهات مختلفة، إلا أن النتيجة النهائية للانعكاس لا تكون واضحة بسبب تداخل الأشعة المنعكسة مما يؤدي إلى انتشار الانعكاس.
أمثلة محلولة للانعكاس الضوئي
بعض الأمثلة على الانعكاس ونموذج شعاع الضوء تتمثل في التالي :
- إذا كانت زاوية سقوط الشعاع الضوئي على مرآة مستوية عند نقطة السقوط 48 درجة بالنسبة للسطح العمودي، فما هي زاوية الانعكاس؟ الإجابة: زاوية السقوط = زاوية الانعكاس، وبالتالي زاوية الانعكاس = 48 درجة.
- عند نقطة السقوط، يكون زاوية انعكاس الشعاع الضوئي في وضع طبيعي هي 108 درجة، وبالتالي فإن زاوية السقوط تكون مساوية لزاوية الانعكاس وتساوي 108 درجة.
فك طلاسم الضوء (نظريات الضوء في العالم القديم)
على الرغم من استخدام العديد من الحضارات القديمة أدوات بصرية بسيطة مثل المرايا المستوية والمنحنية والعدسات المحدبة، إلا أن هناك محاولات لربط نظريات الضوء بفلاسفة قدماء إخزين.
نظريات الضوء لليونانيين
يعود الفضل في وضع أولى نظريات طبيعة الضوء ومفاهيمها إلى الفلاسفة اليونانيين القدماء، لكن سوء فهم طبيعة الضوء الفيزيائية أدى إلى تعثر تطور نظريات الضوء.
- منذُ 500 قبل الميلاد قال فيثاغورس أن سبب الإبصار هو الأشعة المرئية التي تخرج من العين
- وعلى الرغم أن منذُ 450 قبل الميلاد قام أنيبدو بتطوير نموذجاً للرؤية يقول أن الضوء يخرج من مصادر أخرى غير العين، وأن سبب الإبصار هو انعكاس الضوء من الأشياء وينفذ للعين.
- وقبل 300 قبل الميلاد قدم إقليدس قانون للانعكاس في كتابه البصريات، وتكلم بتفاصيل عن قدرة انتشار أشعة الضوء في شكل خطوط مستقيمة.
- وفي عام 100 ميلادياً قام بطليموس بدراسة الكمية الأولى لانكسار أشعة الضوء وقت مروره من خلال وسط شفاف لآخر، حيث قام بعمل جدولة لأزواج من زوايا سقوط وانتقال لتوليفات من عدة وسائط.
نظريات الضوء للمسلمين
- كانت البداية عندما أسس المأمون بيت الحكمة عام 830 ميلادياً وكانت وظيفته التركيز علي العلوم والفلسفة للأعمال الهلنستية وترجمها ودراسها والقيام بتحسينات فيها.
- ناقش عالِمُ الخوارزمي، الذي يُعرف باسم وسَّع الكندي والملقب بفيلسوف العرب، آلية الرؤية، وأوجد مفهوم الانتشار المستقيم لأشعة الضوء.
- في عام 1000 ميلادي، وصل ابن الهيثم إلى نموذج شعاعي يجمع المفاهيم الأساسية لعناصر الضوء، ويعرف الآن باسم البصريات الهندسية في كتاب المناظير. وفيه يعرض نظرية مغايرة لنظريات اليونانيين التي تفسر أنبعاث الضوء من العين، ويوضح أن سبب الرؤية الصحيحة هو استقبال الأشعة الضوئية المنعكسة بشكل سلبي من الأشياء، وقد درس أيضا المرايا الكروية واستنتج الخصائص الرياضية لانعكاس الضوء، ورسم العين بتفصيل مكوناتها البصرية
ماهو الشعاع الضوئي
هو الأساس الرئيسي لعلم البصريات الهندسية، وهو التصميم الافتراضي الذي يشير إلى اتجاه انتشار أشعة الضوء في الفضاء، وفهم طبيعة الضوء ككائن يسلك مسارا مستقيما أدى إلى فكرة الشعاع، ويسهل تصور تمثيل شعاع ضيق من الضوء بواسطة حزمة من السهام المتوازية، وعند نقل أشعة الضوء من وسط إلى آخر أو عند انعكاسها أو تشتتها أو تركيزها، تتقدم حزمة الأشعة بطريقة هندسية بسيطة.