البصريات: دليل دراسة

الأفكار الأساسية

تتتبع البصريات الهندسية الضوء على هيئة أشعة. تنكسر الأشعة عند عبور الحد بين مادتين، وتستخدم العدسات والمرايا هذا الانكسار لتكوين الصور.

• يربط قانون سنيل n₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂ بين الزوايا التي تُقاس من العمود. ينكسر الضوء مقترباً من العمود حين يدخل وسطاً أبطأ ذا معامل انكسار أكبر.
• ينشأ الانعكاس الداخلي الكلي حين يتجه الضوء من معامل أكبر إلى أصغر بزاوية أكبر من الزاوية الحرجة sin θ_c = n₂ ÷ n₁.
• للعدسة الرقيقة أو المرآة 1 ÷ f = 1 ÷ dₒ + 1 ÷ dᵢ والتكبير m = −dᵢ ÷ dₒ. تدل m السالبة على صورة مقلوبة.
• سرعة الضوء في وسط ما c ÷ n، وقدرة عدسة بعدها البؤري f (بالمتر) تساوي 1 ÷ f بالديوبتر.

المعادلات الأساسية

• n₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂
• sin θ_c = n₂ ÷ n₁
• 1 ÷ f = 1 ÷ dₒ + 1 ÷ dᵢ
• m = −dᵢ ÷ dₒ
• P = 1 ÷ f (diopters)
• v = c ÷ n

مثال محلول

يقع جسم على بعد 30 cm من عدسة محدبة بعدها البؤري 10 cm. 1 ÷ dᵢ = 1 ÷ 10 − 1 ÷ 30 = 2 ÷ 30 فيكون dᵢ = 15 cm في الجهة الأخرى (صورة حقيقية). التكبير m = −15 ÷ 30 = −0.50 أي أن الصورة مقلوبة وبنصف حجم الجسم.

أخطاء شائعة

• قياس الزوايا من السطح بدل العمود عليه.
• الخطأ في إشارة الصور الوهمية. في الاصطلاح المعتاد يكون بعد الصورة الوهمية سالباً.
• توقع الانعكاس الكلي حين ينتقل الضوء من معامل أصغر إلى أكبر. هو يحدث في الاتجاه المعاكس فقط.

تدرّب

اختبر نفسك بأسئلة تدريبية في هذا الموضوع: البصريات