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
-
حين تُستخدم أشعة الضوء لتحديد مكان الضوء الذي سيذهب إليه عندما يصطدم بجسم ما، يسمى بعلم البصريات الهندسية
.
-
عندما يصطدم شعاع الضوء المنبعث الذي يخرج من مصدر للضوء بجسمٍ ما يسمى باسم الشعاع الساقط.
- المواد الشفافة هى تلك المواد التي لديها قدرة على تمرير الضوء من خلالها بسهولة، فتقدر من خلال تلك الأجسام رؤية ما خلفها بوضوح كالزجاج الشفاف، وهناك مواد تسمح بمرور بعض الضوء فتقلل الرؤية من أتجاه واحد منها كالنظارات الشمسية.
- المواد المعتمة هي المواد التي لا تسمح بمرور الضوء أبداً كالخشب الذي يمتص الضوء والمرايا تعكس الضوء.
- الصورة المنعكسة تعتبر استنساخ صورة باستخدام الضوء.
- يعرف انعكاس الضوء بالضوء المرتد أو الساقط.
- ويعرف الشعاع المنعكس بالشعاع المرتد من سطح المرآة.
- ويرسم ذلك الشعاع بخط عمودي أو مائل ساقط على سطح عاكس منعكس من النقطة التي صدم بها السطح.
-
تسمي زاوية السقوط، وعند التعامل معها رياضياً تسمى Ө
ط
(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 سطح أملس ينعكس بشكل يجعل زاوية الشعاع الساقط طبيعية (دون أي أنكسارات للأشعة الضوئية) لذلك السطح العاكس عند نقطة سقوط شعاع الضوء، وهي نفس الزاوية الناتجة من الشعاع المنعكس في حال الوضع الطبيعي، والشعاع المنعكس والساقط والعمودي على السطح العاكس يقع جميعهم على نفس المستوى المحدد عند نقطة السقوط ويظهر (θ
i
= θ
r
)
.
فالكائنات التي لها قدرة على الأبصار، لها قدرة معقدة في التفاعل مع الضوء،
وقتما يصل الضوء للعين، يحدث أستقبال الضوء على شكل رسائل
تنتقل
إلى المادة الرمادية، ويقوم الدماغ بتفكيك المعلومات ليفسر حجم ومكان وشكل حركة الجسم الذي تسبب في الرسائل.[1]
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.
ووجد العلماء أن الموجات الكهرومغناطيسية لها مستويات طاقية وأطوال مختلفة، والضوء المرئي هو طول موجب معين واحد تقدر عيننا البشرية على كشفه، ويحتوي الضوء المرئي على ألوان قوس قزح السبع (أحمر، برتقالي، أصفر، أخضر، أزرق، نيلي، بنفسجي)،وهذا يعني أنه توجد أطوال موجية أخري لا تدركها العين البشرية مثل (موجات الراديو ، الميكروويف، الأشعة السينية، أشعة جاما).
قانون انعكاس الضوء
إذا كان ممكناً ملاحظة شعاع ضوئي ينعكس من مرآة مسطحة، فإن الطريقة التي ينعكس بها الضوء ستتبع ما يعرف بإسم قانون الانعكاس.
يعتبر نموذج الشعاع الضوئي مفيد عندما تدرس انعكاس الضوء وانكساره إلى صور مختلفة تم إنشاؤها بالعدسات ونوعين المرايا الكروية والمستوية.
أنواع الانعكاس للشعاع الضوئي
-
انعكاس منتظم:
هو حدوث الانعكاس من خلال سطح مستوي ومثالي، والضوء المنعكس يكون شكله واضح بشدة كبيرة باتجاه ما، وشدة قليلة بجميع الاتجاهات الأخرى التي ينعكس لها.
-
انعكاس منتشر:
هو حدوث الانعكاس من سطح غير منتظم أو خشن، لا يتم ملاحظة الانعكاس بشكله الطبيعي وعلى الرغم من أن الشعاع الضوئي ينعكس في اتجاهات مختلفة، فإن النتيجة لذلك الانعكاس لا يكون واضح نتيجة تداخل كل الأشعة المنعكسة، وهذا ينتج عنه انعكاس منتشر.
أمثلة محلولة للانعكاس الضوئي
بعض الأمثلة على الانعكاس ونموذج شعاع الضوء تتمثل في التالي :
- إذا كانت زاوية سقوط لمرآة مستوية عند نقطة سقوط الشعاع الضوئي 48 درجة مع وضع طبيعي للانعكاس، فما هي زاوية الانعكاس؟ الإجابة: (وقت سقوط الشعاع في وضع طبيعي) زاوية السقوط = زاوية الانعكاس وهذا يعني زاوية الانعكاس = 48 درجة.
- زاوية انعكاس الشعاع الضوئي في وضع طبيعي عند نقطة السقوط 108 درجة فما هي زاوية السقوط؟ الإجابة: زاوية السقوط = زاوية الانعكاس، وبهذا النتيجة تكون زاوية السقوط = 108 درجات.[2]
فك طلاسم الضوء (نظريات الضوء في العالم القديم)
على الرغم من أن العديد من الحضارات القديمة قامت باستخدام أدوات بصرية بسيطة مثل المرايا المستوية والمنحنية والعدسات المحدبة وُجدت محاولات لنسب نظريات الضوء لفلاسفة قدماء اخزين.
نظريات الضوء لليونانيين
الفلاسفة اليونانيين القدماء يُنسبون لهم النظريات الأولى لطبيعة الضوء، والمفاهيم الخاصة به، لكن ما سوء من أدراك لطبيعة الضوء الفيزيائية أعاقت تطور النظريات الخاصة بالضوء.
-
منذُ
500 قبل
الميلاد قال
فيثاغورس أن سبب الإبصار هو الأشعة المرئية التي تخرج من العين -
وعلى الرغم أن منذُ 450 قبل
الميلاد قام
أن
يبدو 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. - وناقش آلية الرؤية عالم خوارزمي اسمه وسّع الكندي والملقب بفيلسوف العرب، كما أنه أوجد مفهوم الانتشار المستقيم لأشعة الضوء.
- بحلول عام 1000 ميلادياً توصل ابن الهيثم لنموذج شعاعي يجمع المفاهيم الأساسية لعناصر الضوء، ويسمي الآن بالبصريات الهندسية، في كتاب المناظير، يقول نظرية مخالفة لنظريات اليونانيين التي تنص على أنبعاث الضوء من العين فيوضح أن سبب الرؤية بشكل صحيح هو الاستقبال السلبي لأشعة الضوء المنعكسة من الأشياء، كما قام بدراسة المرايا الكروية فأستنتج الخصائص الرياضية لانعكاس الضوء، ورسم العين بتفصيل لمكوناتها البصرية
ماهو الشعاع الضوئي
هو أساس علم البصريات الهندسية، وهو البناء الافتراضي الذي يشير إلى اتجاه انتشار أشعة الضوء في الفضاء، معرفة طبيعة الضوء أنه يسير في خطوط مستقيمة أدىت إلى مفهوم الشعاع، ويسهل التخيل لتمثيل شعاع ضيق من الضوء لحزمة من الأسهم المتوازية، وقتما يتم أنتقال أشعة الضوء من وسط لأخر أو ينعكس أو يتشتت أو يتحول لبؤرة، فإن حزمة الأشعة يتوالى تقدمها بطريقة هندسية بسيطة.[3]