قانون

قانون الانكسار لسنيل

Snell's law describes the relationship between the angles of incidence and refraction for waves passing through an interface.
12 مقالات ذات صلة · 2 صيغ

الوصف

دون الهولندي فيلبرورد سنيل جداول للزوايا عام 1621 ووجد قانوناً يربط بين الجيوب. لاحقاً نشره ديكارت عام 1637. الجوهر: كلما كان الضوء 'أبطأ' في الوسط، زاد انكساره. التشبيه: صف من الجنود يسير قطرياً من الإسفلت إلى الرمل، حيث يتباطأ الصف الأول الذي يلمس الرمل، فيدور الصف بأكمله.

التاريخ

قبل عدة قرون، أجرى ابن الهيثم دراسات رائدة حول انكسار الضوء في كتابه «المناظر». ثم اكتشف فيلبرورد سنيل القانون تجريبياً عام 1621 باستخدام إنشاءات هندسية. أول نشر مطبوع قدمه رينيه ديكارت عام 1637 في أطروحته «ديوبتريك». لاحقاً، اشتق بيير فيرما القانون من مبدأ أقصر زمن، مؤسساً قواعد البصريات الهندسية.

كيف يعمل

يُطبق لحساب مسارات الأشعة في العدسات والمواشير وموجهات الضوء. ينطبق القانون على الأوساط الخطية المتناحية والإشعاع أحادي اللون. يُنتهك في البلورات المتباينة الخواص (الانكسار المزدوج)، وفي التأثيرات البصرية غير الخطية، وعند الحدود ذات الانعراج الكبير.

في التطبيق

صناعة عدسات النظارات وعدسات الكاميرات والمجاهر والتلسكوبات؛ كوابل الألياف البصرية للإنترنت؛ تفسير قوس قزح والسراب.

حقيقة طريفة

بفضل الانعكاس الداخلي الكلي - التأثير العكسي - يمكن للضوء أن يجري في جدول ماء منحنٍ، كما لو كان يجري في سلك.

Concept graph →

صيغ

$$F(\nu) = F_{\nu_p} \left[ \left(\frac{\nu}{\nu_p}\right)^{-\beta_1} + \left(\frac{\nu}{\nu_p}\right)^{-\beta_2} \right]^{-1/s}$$
A smooth transition between two power-law spectral indices.
ما في الصيغة
Fمتغيرflux density — spectral flux density joule per second per metre squared per hertz
νمتغيرfrequency — تردد hertz
ν_pمتغيرbreak frequency — تردد hertz
F_νpمتغيرflux density at break frequency — spectral flux density joule per second per metre squared per hertz
β_1متغيرlow-frequency spectral index — بلا أبعاد
β_2متغيرhigh-frequency spectral index — بلا أبعاد
sمتغيرsmoothness parameter — بلا أبعاد
f_ν=f_{ν_p}[(\frac{ν}{ν_p})^{-sβ_1}+(\frac{ν}{ν_p})^{-sβ_2}]^{-1/s} · 2607.10047
$$2d \sin\theta = n\lambda$$
Constructive interference occurs when path difference equals integer wavelengths.
ما في الصيغة
dمتغيرInterplanar spacing of the crystal lattice — تباعد الشبكة metre
θمتغيرGlancing angle of incidence (and reflection) relative to the planes — زاوية radian
nمتغيرOrder of reflection (positive integer) — diffraction order
λمتغيرWavelength of the incident wave — طول الموجة metre
sinمؤثرTrigonometric sine of the angle — sine function
2d\sinθ=nλ · 2508.10748
nλ=2d\sinθ · 2607.03465

مقالات ذات صلة · 12

حزمة غاوسية على الماء: ثلاثة مصائر لموجة واحدة
تشبه الحزمة الموجية مسافرًا قد يفقد قواه فيتبدد على الطريق، أو يحافظ على اتزانه، أو يجمع نفسه ليشتدّ. في حوض بطول 50 مترًا وعمق ماء 5 أمتار، تتبّع العلماء سلوك مجموعة موجات على شكل جرس عندما يُغيَّر ارتفاعها دون عرضها. الحزمة الغاوسية هي موجة ذات ارتفاع وانخفاض تدريجي، مثل تل على سطح الماء. يعتمد مصيرها على مدى قوة دفع الموجة لنفسها.
الضربة المائلة للقطرة: كيف يحدد الاتجاه مصير الرذاذ
قطرة المطر تنزلق مع الريح وتصطدم بالمحيط ليس بشكل عمودي، بل بزاوية. في تلك اللحظة تنقسم طاقتها إلى مسارين: أحدهما يدفع الماء إلى الأمام في اتجاه الحركة، والآخر يضغطه إلى الأسفل في العمق. واعتمادًا على أي المسارين يكون أقوى، يتحدد ما يحدث على السطح: غوص هادئ، أو مروحة رذاذ في اتجاه واحد، أو تاج يتناثر في كل الاتجاهات.
بصمة المدّ في النجوم النيوترونية
اندماج نجمين نيوترونيين نجم نيوتروني ليس مجرد اصطدام. فقبل التلامس، يشوّه كل منهما الآخر بقوى المدّ، ويعتمد هذا التشوه على مدى «ليونة» أو «صلابة» المادة في الداخل. المادة الصلبة تقاوم بقوة أكبر، بينما المادة اللينة تتغير هيئتها بسهولة. ويظهر الفرق في تردد وطور الموجة الثقالية التي تلتقطها الكاشفات.
عندما تشوّه جدران الأوعية الصورة
في المادة البيضاء للدماغ، تنتقل الإشارة عبر المحاور — الامتدادات الطويلة للخلايا العصبية المغلفة بغمد الميالين العازل. يملأ الماء الفراغ داخل المحاور وخارجها، في الفجوات الضيقة بين الألياف. طريقتا التصوير بالرنين المغناطيسي — الانتشار (تتبع حركة الجزيئات) والاسترخاء (قياس سرعة اضمحلال الإشارة) — تشبهان مترجمين يستمعان إلى محادثة واحدة لكن يسمعان شيئًا مختلفًا.
القطرة المحققة: كيف تكشف الجسيمات اللينة أسرار الاضطراب النشط
في رقصة الاضطراب النشط المعقدة، حيث تولّد محركات خفية الفوضى، ترتدي القطرة اللينة دور المحقق. شكلها ليس مجرد حدود، بل شيفرة حساسة: تقرأ الإشارات الخفية للبيئة. النمذجة العددية وضعت القطرة في نيماتيك نشط، خاضع لمعادلات نافييه-ستوكس مع إجهاد نشط. ارتجفت القطرة، لكن ليس بشكل عشوائي: تحولت نسبة محاورها AR(t) إلى مجس لا تشوبه شائبة.
لماذا لا يذوب السكر في الشاي بالطريقة التي ظنناها؟
قطعة سكر تسقط في الشاي الساخن، وبضع حركات بالملعقة، فيختفي السكر. ولكن كيف يتوزع بالضبط في السائل المتلاطم؟ لقد نظر الفيزيائيون إلى هذه العملية بدقة غير مسبوقة: فقد قاموا بمحاكاة الاضطراب على شبكة من 8192³ نقطة. لو قسّمنا كل ملليمتر من الفنجان إلى مئة خلية، لحصلنا على دقة مماثلة.
ضوء يحدد بنفسه من أين جاء
الكاشف الضوئي العادي يجيب عن سؤال «كم الضوء؟» لكنه لا يجيب عن «من أين جاء؟». لهذا الغرض تُستخدم العدسات والمرايا أو مصفوفات كاملة. في العمل الجديد، اقترح الباحثون مستشعرًا يحدد اتجاه الشعاع بنفسه، دون أي بصريات. داخل المستشعر توجد طبقة رقيقة تنزلق فيها الإلكترونات بحرية، مثل الماء في صحن ضحل. على طرفي الطبقة يوجد تماسان معدنيان.
فوتونات متشابكة: طريقة جديدة لتصوير غير المرئي
الفوتونات المتشابكة الفوتونات هما رسولان يسيران بخطى متزامنة: حالاتهما الكمومية، وخاصة الاستقطاب، مترابطة بحيث أن قياس أحدهما يحدد فورًا حالة الآخر، حتى عبر المسافات. في المادة، يختل هذا التزامن. من خلال طبيعة الاضطراب، يمكن تحديد ما وُجد في الطريق: مفترق طرق بدد المسارات، أو دوامة مغناطيسية لوت الخطى.
قدر يغلي يكشف نزوات الاضطراب
قدر ماء يُسخَّن من الأسفل مثال بسيط على الاضطراب (turbulence). السائل الساخن يصعد والبارد يهبط، وينقسم التدفق تلقائيًا إلى خلايا دوّارة تشبه اللفائف الأفقية. في دراسة جديدة، أخذ الفيزيائيون وعاءً عريضًا مستطيلًا (أطول بعشر مرات من ارتفاعه) وتتبعوا عدد هذه اللفائف التي تنشأ. نفس التسخين — واللفائف تارة ثلاث وتارة سبع.
أمواج غير مرئية في أعماق المحيط
المحيط يشبه كعكة ذات طبقات: في الأعلى ماء دافئ وخفيف، وفي الأسفل ماء بارد وثقيل. بين الطبقات، عند الحدود الفاصلة، تتنقل أمواج غير مرئية من السطح. إنها لا ترفع قممًا كالعواصف، بل تهز كتلة الماء بأكملها ببطء، كما لو كان أحدهم يهز حوضًا ضخمًا من الداخل. هذه الأمواج الداخلية تنقل الطاقة والحرارة، وتخلط العناصر الغذائية، وتؤثر على مناخ الكوكب بأكمله.
صدى الأعماق: كيف يكشف طيف السقوط عن المحاكين للثقوب السوداء
كاشف موجات الجاذبية لا يلتقط فقط هدير الاندماجات، بل أيضًا التموج الهادئ عندما يغوص نجم أو سحابة غازية في ثقب أسود فائق الكتلة. مثل هذا الغطس، كسقوط حجر في بئر، يولّد موجات على جميع الترددات دفعة واحدة، وفي هذا الطيف تتشفّر طبيعة البئر نفسها. إذا كان في القاع، بدلًا من هاوية لا قاع لها، لوح عاكس، فإن الصدى سيعود بشكل مختلف.
بصمات لا تتطابق
مجرة NGC 1560 هي جزيرة متواضعة من النجوم والغاز على بعد عشرة ملايين سنة ضوئية منا. منحنى دورانها، الذي قيس لأول مرة في عام 1991، أصبح أيقونة للباحثين عن بديل للمادة المظلمة. على الرسم البياني لسرعة الدوران مقابل نصف القطر، تظهر انحناءات تبدو وكأنها تكرر بدقة انحناءات توزيع المادة العادية.