شارك
الرئيسيةما هي الزاوية الحرجة؟
تعد الزاوية الحرجة في البصريات، أقصى زاوية يمكن فيها لشعاع من الضوء أن ينتقل من وسط أول يسمح بمرور الضوء إلى وسط نافذ ثاني دون أن يتم انكساره بشكل كامل ضمن الوسط النافذ الأول. وتعتمد الزاوية الحرجة على مؤشرات الانكسار لكلا الوسطين.
كيف يتم حساب الزاوية الحرجة؟
يتم حساب الزاوية الحرجة باستخدام قانون سنيل، وهو يمثل علاقة رياضية بين المسار الذي يسلكه شعاع الضوء في عبور السطح الفاصل بين مادتين متصلتين ومعامل انكسار كل منهما، تم اكتشاف هذا القانون في عام 1621 من قبل عالم الفلك والرياضيات الهولندي ويلبرورد سنيل، والمدعو أيضاً سنيلوس.
ما هي الزوايا المرتبطة بالزاوية الحرجة؟
هناك عدة زوايا يتم اشتقاق الزاوية الحرجة من خلالها وهي كما يلي:
- زاوية السقوط: هي الزاوية ما بين سقوط شعاع على سطح ما، والخط عمودي الوهمي على ذات السطح الذي يخرج من نقطة السقوط، ويسمى الناظم.
- زاوية الانكسار: هي الزاوية المحصورة بين الشعاع الضوئي المنكسر والناظم.
فتصبح الزاوية الحرجة، زاوية السقوط التي تشكل زاوية انكسار مقدارها 90 درجة.
كيف يتم حساب الزاوية الحرجة؟
يمكن حساب الزاوية الحرجة من خلال استخدام قانون سنيل، عن طريق ضبط زاوية الانكسار على 90 درجة، وعند أي زاوية سقوط أقل من الزاوية الحرجة، يتم عبور جزء من الضوء الساقط وانعكاس جزء آخر.
كيف يمكن رؤية الزاوية الحرجة بتجربة عملية؟
من الممكن رؤية الزاوية الحرجة من خلال عمل تجربة بسيطة تحتاج بها إلى حوض مائي مستطيل الشكل، وبضع قطرات من الحليب تضاف إلى الماء لجعل الشعاع الضوئي مرئياً، ومصدر ضوء ذو شعاع محدد مثل الليزر أو المصباح اليدوي.
يتم تسليط الضوء من جدار الحوض الجانبي الخارجي من الأسفل إلى وسط الحوض ضمن الماء، وكلما زاد ميل الشعاع عن العمودية عند اصطدامه بالسطح، يزداد انثناؤه. ومن الممكن نفخ بودرة في الهواء فوق الحوض لرؤية الشعاع النافذ نحو الهواء.
بعد زيادة ميل تسليط الشعاع ليتجاوز الزاوية الحرجة، سينعكس كل الضوء مرة أخرى في الماء دون أن يعبر إلى الهواء، وبالتالي فإن الشعاع المنعكس سيكون ساطعاً بنفس درجة الشعاع الصادر من المصباح، وتسمى هذه الظاهرة بالانعكاس الداخلي الكلي، لأن حوالي 100% من الشعاع ينعكس للداخل في الوسط الأول (الماء)، وبذلك يشبه سطح المرآة.
ما هي تطبيقات الزاوية الحرجة؟
يعد حساب الزاوية الحرجة ضرورياً من أجل تحديد الانعكاس الداخلي الكلي، ومن أهم تطبيقات الزاوية الحرجة ما يلي:
- الألياف الضوئية المستخدمة في الاتصالات.
- مجسات المطر الخاصة بالسيارات.
- تصفية الضوء في الأماكن التي تتطلب ذلك.
- مجهر الانعكاس الداخلي الكلي.
- الشاشات التي تعمل على اللمس.
- المناظير الموشورية.