(6-4-2) الزاوية الحرجة والانعكاس الكلي الداخلي :

إذا وضعنا مصباحاً في قاع حوض به ماء فإن الأشعة ستسقط بزوايا مختلفة وستخرج بزوايا مختلفة للهواء حيث يخرج الشعاع للهواء بزاوية أكبر من زاوية سقوطه . وكلما زادت زاوية السقوط زادت زاوية الانكسار ، إلى أن يسقط الشعاع بزاوية يكون الشعاع المنكسر فيها منطبقاً على سطح الماء ، وتكون زاوية الانكسار 90° ( شكل (2-23) ) . وتسمى هذه الزاوية بالزاوية الحرجة ونرمز لها بالرمز (ح) .

الشكل (2-23) : الزاوية الحرجة (س₂= ح) والانعكاس الكلي الداخلي .

ويمكن إيجاد علاقة بين الزاوية الحرجة (ح) ومعامل الانكسار (م) (انظر شكل (2-23) ) . فحسب تعريف معامل الانكسار نجد أن :

م = $\dfrac{\text{جا س}_1}{\text{جا س}_2}$

وبما أن س₁ = 90° س₂ = ح

وإذا سقط الشعاع في الماء بزاوية أكبر من الزاوية الحرجة فإن الشعاع ينعكس بحيث تكون زاوية الانعكاس مساوية لزاوية السقوط وتسمى هذه الظاهرة بظاهرة الانعكاس الكلي الداخلي . ( انظر شكل (2-23) ، الزاوية هـ < ح )

ملاحظة تصحيح (ليست من الكتاب): الانعكاس الكلي عندما هـ > ح لا هـ < ح، موافقاً لجملة «بزاوية أكبر».

ويستفاد من ظاهرة الانعكاس الكلي في نقل المكالمات الهاتفية ، والتشخيص الطبي باستخدام الألياف الضوئية ( شكل (2-24) ) . والليف الضوئي عبارة عن أسطوانة مرنة رفيعة جداً تصنع من مادة زجاجية ويكون معامل الانكسار في قلب الأسطوانة أكبر من معامل الانكسار في الطبقة الخارجية للأسطوانة ، والمحيطة بقلب الأسطوانة والتي تسمى بالكساء أو اللحاء ، لذا فإن شعاع الضوء الذي يسقط على قلب الأسطوانة ينعكس كلياً عند سقوطه بزاوية أكبر من الزاوية الحرجة . وهكذا ينتقل الضوء عبر الليف البصري بالانعكاس الكلي عدة مرات . وتستخدم الألياف الضوئية في المناظير الطبية حيث يسلط ضوء يسقط على العضو المراد رؤيته وينعكس ماراً عبر الألياف ليصل لعين الطبيب فيتمكن من رؤية العضو المعين . كما تستخدم الألياف في نقل المكالمات الهاتفية حيث تحول الإشارات الكهربية إلى ضوء ويحمل الضوء هذه المكالمات من جهاز الإرسال الذي يسقط منه هذا الضوء على الألياف لينتقل

عبرها بالانعكاس المتعدد حتى يصل إلى جهاز الاستقبال الذي يستخلص المكالمة ويحولها إلى إشارات كهربائية وينقلها لهاتف الاستقبال .

الشكل (2-24) الليف الضوئي

(أ) : الليف الضوئي. شعاع ضوئي ينعكس انعكاساً كلياً داخلياً. الكساء. الليف الضوئي.

(ب) منظار مبسط من الليف الضوئي ويمكن الرؤية بالرغم من الإنحناءات بسبب الإنعكاس الكلي الداخلي. تسميات: عدسة، المشاهد، الجسم، عدسة، مصدر ضوئي.

مثال (2-12) :

جد الزاوية الحرجة لوسط معامل انكساره $\sqrt{2}$ . وبين ماذا يحدث لأشعة تسقط بزاوية 50° .

الحل :

جا ح = $\dfrac{1}{\text{م}}$ = $\dfrac{1}{\sqrt{2}}$

ح = 45°

عندما يسقط الشعاع بزاوية 50° فإنه ينعكس إنعكاسا كليا داخليا.