الانعكاس الفيزيائي

مفهوم الانعكاس الفيزيائي:

الانعكاس هو التغيير في اتجاه واجهة الموجة عند واجهة بين وسيطين مختلفين، بحيث تعود واجهة الموجة إلى الوسط الذي نشأت منه، تشمل الأمثلة الشائعة على ذلك كل من: انعكاس الضوء والصوت وموجات الماء في الصوتيات، كما أنه يُستخدم في السونار.

كما يلاحظ الانعكاس بشكلٍ واضح مع الموجات السطحية في المسطحات المائية، إلى جانب وجوده في العديد من أنواع الموجات الكهرومغناطيسية والضوء المرئي.

أنواع الانعكاس:

ينعكس الضوء من سطح أملس بنفس زاوية اصطدامه بالسطح، ففي السطح الأملس تنتقل أشعة الضوء المنعكسة في نفس الاتجاه، وهذا يسمى انعكاس مرآوي، كما تسمى الزاوية التي يصطدم عندها الضوء بسطح عاكس بزاوية السقوط، وتسمى الزاوية التي يرتد عندها الضوء عن سطح عاكس بزاوية الانعكاس.
أما في السطح الخشن، فقد تنتشر أشعة الضوء المنعكسة في جميع الاتجاهات وهذا ما يسمى انعكاس منتشر، حيث يحدث الانعكاس المنتشر عندما يصطدم الضوء بجسم ما وينعكس في العديد من الاتجاهات المختلفة، كما يحدث هذا عندما يكون السطح خشنًا، حيث أن معظم الأشياء التي نراها ناتجة عن انعكاس الضوء من المصدر عليه.

أنواع المرايا:

المرايا المقعرة:

عندما تصطدم أشعة الضوء المتوازية بمرآة مقعرة فإنها تنعكس إلى الداخل باتجاه نقطة محورية (F)، حيث لا يزال كل شعاع منفرد ينعكس في نفس الزاوية عندما يصطدم بهذا الجزء الصغير من السطح.

تُستخدم المرايا المقعرة في أنواع معينة من التلسكوبات الفلكية تسمى التلسكوبات العاكسة، تقوم المرايا بتكثيف الكثير من الضوء من المصادر الخافتة في الفضاء على منطقة عرض أصغر بكثير وتسمح للمشاهد برؤية الأشياء والأحداث البعيدة في الفضاء والتي قد تكون غير مرئية للعين المجردة.
كما تنتقل أشعة الضوء نحو المرآة في خط مستقيم وتنعكس إلى الداخل لتلتقي عند نقطة تسمى النقطة المحورية. المرايا المقعرة مفيدة لمرايا المكياج؛ لأنها تجعل الأشياء تبدو أكبر، وهذا الشكل المقعر مفيد أيضًا لمصابيح السيارة الأمامية وأطباق استقبال القنوات الفضائية.

المرايا المحدبة:

عندما تصطدم أشعة الضوء المتوازية بمرآة محدبة فإنها تنعكس للخارج وتنتقل مباشرة بعيدًا عن نقطة محورية خيالية، حيث أن كل شعاع منفرد ينعكس بنفس الزاوية عند اصطدامه بهذا الجزء الصغير من السطح.
تصطدم أشعة الضوء المتوازية بالمرآة وتنعكس إلى الخارج. إذا تم تتبع الخطوط الخيالية للخلف، فإنها تبدو وكأنها تأتي من نقطة محورية خلف المرآة، كما أن المرايا المحدبة مفيدة لأمن المتاجر ومرايا الرؤية الخلفية في المركبات؛ لأنها توفر مجال رؤية أوسع.

تشتت الضوء:

ينتشر بعض الضوء في جميع الاتجاهات عندما يصطدم بجزيئات صغيرة جدًا مثل: جزيئات الغاز أو جزيئات أكبر بكثير مثل الغبار أو قطرات الماء. يعتمد مقدار التشتت على حجم الجسيم مقارنة بطول موجة الضوء الذي يصطدم به، كما تنتشر الأطوال الموجية الأصغر بشكل أكبر.
لم السماء زرقاء؟ هو سؤال شائع؛ إذ أن ضوء الشمس مصنوع من كل ألوان قوس قزح، وعندما يصطدم هذا الضوء بجزيئات النيتروجين والأكسجين في غلافنا الجوي، فإنه ينتشر في جميع الاتجاهات، أما الضوء الأزرق فله طول موجي أصغر من الضوء الأحمر، لذلك فهو مشتت أكثر بكثير من الضوء الأحمر، وعندما ننظر إلى السماء، نرى كل الأماكن التي تبعثر منها الضوء الأزرق.

قوانين الانعكاس:

سطح املس:

إذا كان السطح العاكس أملسًا جدًا، فإن انعكاس الضوء الذي يحدث يسمى انعكاس مرآوي أو انعكاس منتظم.

قوانين الانعكاس هي كما يلي:

• يقع الشعاع الساقط والشعاع المنعكس والشعاع الطبيعي لسطح الانعكاس عند نقطة السقوط في نفس المستوى.
  
• الزاوية التي يصنعها الشعاع الساقط مع العمودي تساوي الزاوية التي يصنعها الشعاع المنعكس إلى نفس المستوى الطبيعي.
  
• إن الشعاع المنعكس والشعاع الساقط يكونا على جانبي العمودي.
  

سطح صلب:

عندما يصطدم الضوء بسطح مادة (غير معدنية)، فإنه يرتد في جميع الاتجاهات بسبب الانعكاسات المتعددة من خلال المخالفات المجهرية داخل المادة وسطحه إذا كان خشنًا، وبالتالي لا تتشكل “الصورة” وهذا ما يسمى انعكاس منتشر.
يعتمد الشكل الدقيق للانعكاس على بنية المادة، حيث أن أحد النماذج الشائعة للانعكاس المنتشر هو انعكاس لامبرت، حيث ينعكس الضوء بإضاءة متساوية (في قياس الضوء) أو إشعاع (في قياس الإشعاع) في جميع الاتجاهات، كما هو محدد في قانون لامبرت لجيب التمام، كما يرجع الضوء المرسل إلى أعيننا من معظم الأشياء التي نراها إلى الانعكاس المنتشر من سطحها.

انعكاسات متعددة في مرآتين مستويين بزاوية 60 درجة:

عندما ينعكس الضوء عن المرآة تظهر صورة واحدة، حيث توضع مرآتان وجهًا لوجه تمامًا لإعطاء مظهر لعدد لا حصر له من الصور على طول خط مستقيم. الصور المتعددة التي تُرى بين مرآتين بزاوية مع بعضهما البعض تقع فوق دائرة يقع مركز تلك الدائرة عند التقاطع التخيلي للمرايا.
فمثلاً مربع من أربع مرايا موضوعة وجهاً لوجه تعطي مظهر عدد لا حصر له من الصور المرتبة في مستوى، كما أن الصور المتعددة التي تُرى بين أربع مرايا تجمع هرمًا، حيث يجلس كل زوج من المرايا بزاوية لبعضهما البعض، بحيث تقع فوق كرة.
أما إذا كانت قاعدة الهرم مستطيلة الشكل، فستنتشر الصور على جزء من طارة. حيث أن هذه تتطلب محاذاة مثالية لعاكسات مثالية سلسة تمامًا ومسطحة تمامًا لا تمتص أيًا من الضوء.