من التطبيقات على الانعكاس الكلي الداخلي، ظاهرة انعكاس الضوء وانتشاره وانكساره في الوسائط ذات الكثافة المختلفة أحد أقسام العلوم الفيزيائية الممنوحة لطلاب المرحلة الثانوية، وظاهرة الانعكاس الكامل أو الكلي من أهمها . ظاهرة مهمة للغاية لها تطبيقات عديدة في العديد من المجالات في حياتنا العملية. سيتم ذكر تطبيقات مختلفة من IRR أدناه.
م المقصود بالانعكاس الداخلي الكلي
هو الانعكاس الكامل لشعاع الضوء داخل وسط مثل الماء أو الزجاج من الأسطح الأخرى إلى الوسط المحدد، وتحدث ظاهرة الانعكاس الكلي إذا كانت زاوية سقوط الشعاع أكبر من زاوية معينة تسمى الزاوية الحرجة . ، وعادة ما يحدث الانعكاس الكلي عند الحد الفاصل بين وسيطين شفافين عندما ينتقل شعاع الضوء من وسط ذي معامل انكسار أعلى إلى وسيط بمؤشر انكسار منخفض بزاوية أكبر من الزاوية الحرجة، بالنسبة للماء والهواء، هما العاملان الحرجان. تبلغ الزاوية 48.5 درجة، وتعتمد زاوية الخروج أو زاوية الانعكاس الكلي على مؤشرات الانكسار، والتي ترتبط بدورها بطول موجة شعاع الضوء الساقط، أي أنها مرتبطة بلون شعاع الضوء، ومتى يقع شعاع الضوء بزاوية أصغر من الزاوية الحرجة، وينكسر وينعكس بنسب مختلفة.
من التطبيقات على الانعكاس الكلي الداخلي
كما ذكرنا سابقًا، لظاهرة النعاس الكلي العديد من التطبيقات المهمة في الحياة العملية، بما في ذلك الملاحظات والمظاهر الطبيعية التي يمكن ملاحظتها عندما ينتقل ضوء الشمس بين الوسائط المختلفة، وتطبيقات الانعكاس الكامل هي:
- الألياف الضوئية: التي تستخدم لنقل الإشارات الضوئية بسرعة كبيرة، حيث أن محيط الألياف مصنوع من مادة ذات معامل انكسار أقل من اللب الداخلي للألياف، وبالتالي تجنب تشتت الإشارة وفقدانها ويساهم في نقلها بجودة عالية.
- ظاهرة السراب: عندما ينتقل الضوء عبر طبقات من الهواء بكثافة مختلفة.
- ظاهرة قوس قزح عندما ينتقل ضوء الشمس بعد المطر عبر طبقات من الهواء تحتوي على قطرات بخار الماء.
- يستخدم المنشور الزجاجي في المقام الأول لتوضيح ظاهرة الانعكاس الكلي.
آلية عمل الألياف البصرية
الألياف الضوئية من أهم تطبيقات الانعكاس الداخلي الكلي، وتستخدم على نطاق واسع في الاتصالات ونقل إشارات الهاتف والإنترنت والتلفزيون، حيث تصنع الألياف الضوئية من البلاستيك أو الزجاج ولأن الألياف رقيقة يدخل الضوء يصل الكبل البصري إلى السطح الداخلي بزاوية أكبر من الزاوية الحرجة، وينعكس تمامًا وتصنع الألياف من مادة ذات معامل انكسار أعلى من الوسط المحيط، حيث تُغطى الألياف بمادة ذات مؤشر انكسار مناسب، والألياف تحتوي على مواد ذات مؤشرات انكسار مختلفة للسماح بتوجيه الضوء بشكل أكبر على طول الألياف الضوئية، بالإضافة إلى أن اللب مُحاط بالألياف الضوئية مصنوعة من مادة ذات معامل انكسار أقل لتجنب انتقال الإشارات الضوئية بين الألياف في الاتصال.
استخدامات الألياف البصرية
تستخدم الألياف الضوئية لنقل الصور دون استخدام النظارات، مثل فحص الأورام المعوية الداخلية، حيث يتم إدخال أدوات التنظير من خلال فتحات في الجسم، ويتم إرسال الضوء إلى أعضاء الجسم لتصويره، وانعكاسه ضوء. ينتقل من العضو إلى حجرة خارجية من خلال الألياف الضوئية. تُستخدم الألياف الضوئية أيضًا في العديد من التقنيات الجراحية مثل الجراحة المجهرية والاستخدامات التشخيصية الطبية والعلاجية. من خلال الألياف الضوئية يمكن الكشف عن الأعضاء التي يصعب الوصول إليها في الجسم مثل القلب والمفاصل والأوعية الدموية، حيث يمكن أن تنتقل شعاع الليزر لفتح لويحات مسدودة في الشرايين الرئيسية.