محاكي الانكسار والانعكاس الكلي الداخلي
المعادلات في هذه المحاكاة
| n₁ | المادة التي يبدأ فيها الضوء (n₁) | معامل الانكسار: كم مرة يكون الضوء فيها أبطأ منه في الفراغ | |
|---|---|---|---|
| n₂ | المادة التي يدخلها (n₂) | عند الطول الموجي المختار، فيتغير قليلًا مع اللون | |
| θ₁ | زاوية السقوط θ₁ (°) | مقيسة من العمود المقام، الخط المتقطع العمودي على السطح، لا من السطح | |
| θ₂ | زاوية الانكسار | أصغر من θ₁ عند الدخول إلى مادة أكثف (ينحني الشعاع نحو العمود)، وأكبر عند الخروج منها |
بالقيم الحالية:
| v | سرعة الضوء في المادة الثانية | c = 299,792 km/s؛ تتباطأ النقاط المتحركة بهذا المعامل، وتغيّر السرعة هو ما يحني الشعاع |
|---|
بالقيم الحالية:
| θ_c | الزاوية الحرجة | لا توجد إلا عند الانتقال من مادة أكثف إلى أقل كثافة (n₁ أكبر من n₂)؛ بعدها لا ينفذ أي ضوء وينعكس كله |
|---|
بالقيم الحالية:
| θ_B | زاوية بروستر | الضوء المستقطب في مستوى السقوط لا ينعكس إطلاقًا هنا، فيكون الانعكاس مستقطبًا تمامًا؛ وهذا ما تستخدمه النظارات الشمسية المستقطِبة |
|---|
بالقيم الحالية:
| R | نسبة الضوء المنعكس | معادلات فرينل للضوء غير المستقطب؛ الباقي، T = 1 − R، ينفذ. يرسمها المخطط مقابل الزاوية |
|---|
بالقيم الحالية:
| λ | الطول الموجي λ (nm) | صيغة كوشي: الضوء البنفسجي يرى معامل انكسار أكبر من الأحمر، فينحني أكثر، ولهذا يصنع المنشور طيفًا |
|---|
بالقيم الحالية:
| A | زاوية رأس المنشور A (°) | الزاوية عند قمة المنشور | |
|---|---|---|---|
| δ | الانحراف | مقدار انعطاف الحزمة عن اتجاهها الأصلي؛ يكون أصغر ما يمكن، δ_min، عندما يعبر الشعاع المنشور متناظرًا |
بالقيم الحالية:
| θ_max | زاوية القبول للّيف | الضوء الداخل إلى طرف الليف بزاوية أكبر من هذه عن محوره يصطدم بالجانب بزاوية أقل من الحرجة فيتسرب |
|---|
بالقيم الحالية:
كيف تستخدم محاكي الانكسار
- اختر المادة التي يبدأ فيها الضوء والمادة التي يدخلها، وحدد زاوية السقوط. تنحرف الحزمة عند الحد وفق قانون سنل، وتعود حزمة منعكسة باهتة، وتبين النقاط البيضاء كيف يتباطأ الضوء في المادة الأكثف. الخط المتقطع هو العمود المقام، الذي تُقاس منه كل الزوايا.
- ابدأ في الماء أو الزجاج أو الألماس، وادخل الهواء وزِد الزاوية. تميل الحزمة المنكسرة نحو السطح وتضعف، وبعد الزاوية الحرجة تختفي: ينعكس الضوء كله. فعّل «حرّك الزاوية ذهابًا وإيابًا» لترى ذلك وتتبع الجزء المنعكس في الرسم، الذي يعلّم أيضًا زاوية بروستر، حيث لا ينعكس الضوء المستقطب في مستوى السقوط إطلاقًا.
- انتقل إلى الموشور وفعّل «ضوء أبيض» لفصل حزمة إلى ألوانها، أو إلى الليف البصري لترى الضوء محبوسًا بالانعكاس الكلي الداخلي ومفلتًا حين يدخل بميل كبير. للعدسات والمرايا، يرسم محاكي العدسات والمرايا مخططات الأشعة.
الأسئلة الشائعة
ما قانون سنل؟
n₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂: معامل الانكسار مضروبًا في جيب الزاوية مع العمود متساوٍ على جانبي الحد. يبين المعامل n كم مرة يسير الضوء في المادة أبطأ منه في الفراغ، 1.33 في الماء ونحو 1.5 في الزجاج، فالضوء الذي ينتقل من الهواء إلى الزجاج يقترب من العمود.
ما الزاوية الحرجة؟
زاوية السقوط التي لا يستطيع الضوء بعدها الخروج من مادة أكثف: sin θ_c = n₂ ÷ n₁. تساوي 48.6° من الماء إلى الهواء، ونحو 41° من الزجاج، و24.4° من الألماس، الذي تحبس زاويته الحرجة الصغيرة الضوء داخل الحجر المصقول وتجعله يتلألأ. وبعدها ينعكس الضوء كله: الانعكاس الكلي الداخلي.
لماذا يفصل الموشور الضوء الأبيض؟
معامل انكسار الزجاج أكبر قليلًا للضوء البنفسجي منه للأحمر (التشتت)، فينحرف البنفسجي أكثر عند كل وجه. في زجاج الكراون يتراوح المعامل من نحو 1.531 عند 400 nm إلى 1.513 عند 700 nm، وهذا يكفي لفتح خروج موشور زاويته 60° بنحو 2°. تستخدم المحاكاة صيغة كوشي n = A + B ÷ λ² لكل مادة.
كيف توصل الألياف البصرية الضوء؟
بالانعكاس الكلي الداخلي: يسير الضوء في لب زجاجي محاط بمادة ذات معامل أقل ويصطدم بالجانب دائمًا بعد الزاوية الحرجة، فلا يفلت شيء. ويجب أن يدخل ضمن زاوية القبول، التي تحددها الفتحة العددية NA = √(n_اللب² − n_الغلاف²). والألياف الحقيقية لها غلاف بمعامل أقل من اللب بـ 1% فقط، ما يعطي زوايا قبول بنحو 12°.
تقول إن WebGL معطّل.
يحتاج العرض ثلاثي الأبعاد إلى WebGL، وهو موجود في كل المتصفحات الحالية. قد يكون معطّلًا إن كان تسريع العتاد مطفأً في إعدادات المتصفح، أو بسبب برنامج تشغيل رسومي قديم جدًا. فعّل تسريع العتاد أو جرّب متصفحًا آخر.
هل يُرفع أي شيء؟
لا. يرسم متصفحك نفسه المحاكاة بـ WebGL؛ لا يُرسل شيء إلى أي مكان، وتستمر في العمل دون اتصال بعد تحميل الصفحة.