انعكاس الضوء

عندما يلقى حجر في بركة ماء، فإن مجموعة من الموجات الدائرية أو الجبهات الموجية، نتحرك منطلقة من النقطة التي ارتطم فيها الحجر بالماء، وتنتقل الموجة المبينة في الشكل 1))، في اتجاه أنصاف الأقطار نحو الخارج بدءاً من المركز. وتسمى الأسهم المرسومة في الاتجاه الذي تتحرك فيه الجبهات الموجية ، أشعة. ويلاحظ أن الأشعة دائماً متعامدة على الجبهات الموجية. ونستطيع من ثم أن نصف حركة الموجة وذلك برسم أي من الأشعة أو الجبهات الموجية. ولكل من الطرقتين قيمتها.

الشكل :(1) تعتمد الأشعة مع الجبهات الموجية وهي تدل على اتجاه انتشار الموجة.

ونلاحظ من الشكل 2)) كيف يبدو شكل الجبهات الموجية والأشعة عند نقطة بعيدة عن المصدر. والجبهات الموجية قطاعات من الدوائر التي أنصاف أقطارها تساوي 1 m، مشيرة بذلك إلى أن المصدر يبعد 1 m. كما يلاحظ أن الجبهات الموجية تمثلها خطوط مستقيمة تقريباً والأشعة تكاد تكون موازية لبعضها البعض وفي حالة الأبعاد الثلاثة فإن الجبهات الموجية مستوية تقريباً. ومن ثم فبالنسبة لمصدر بعيد، يشار إلى مثل هذه الموجات على أنها موجات مستوية. ومصطلح الضوء المتوازي الذي يصف شكل الأشعة، ومرادف لمصطلح الموجات المستوية الذي يشير إلى شكل جبهة الموجة.

افترض أن موجات مائية مستوية تسقط على حائط مسطح كما يبين الشكل  (3 أ) ويمن تحليل سرعة الموجة القادمة إلى مركبتين، إحداهما v_┴ متعامدة على الحائط والأخرى v_|| موازية له. وعند الارتطام بالحائط فإن v_┴ تعكس اتجاهها بينما يظل اتجاه v_|| بدون  تغيير. . ونتيجة لهذا تنعكس الموجة من السطح . . ويوضح الشكل (3 ب) الشعاع المنعكس ومركبتي سرعته. وسنحاول الآن معرفة العلاقة بين زاوية السقوط _iθ المبينة في الجزء (أ) وزاوية الانعكاس _rθ المبينة في الجزء(ب).

وكما هو مبين فإن  cos θ_i = v_┴/v(الشكل (3 أ)) و cos θ_r = v_┴/v (الشكل (3 ب)). ومن ثم، وحيث ان جيبي التمام (cos) متساويان، فإن زاوية السقوط تساوي زاوية الانعكاس.

وهذه الحقيقة التي تنطوي على انعكاس موجة الماء بحيث تكون زاوية السقوط مساوية لزاوية الانعكاس، صالحة بشكل عام، بحيث يمكننا استخدام نفس الاستدلال لإثبات أن الموجات الضوئية تنعكس هي الأخرى بنفس الطريقة. ويلاحظ فقط أن الفرض الأساسي الذي طرح هو أنه عند الانعكاس، تنعكس مركبة السرعة المتعامدة على السطح، في حين أن المركبة الموازية للسطح لا تتغير. وهذه النتيجة حقيقية لأي نوع من الموجات.

الشكل (2):  تكون الأشعة الصادرة من مصدر بعيد متوازية تقريباً، كما يلاحظ أن الجبهات الموجية مستوية تقريباً. وبالنسبة لجسم لا نهائي البعد فإن الموجات تعتبر استوائية ( مستوية) وتعتبر الأشعة متوازية.

الشكل 3)): تنعكس الموجة الساقطة بحيث أن زاوية السقوط i تساوي زاوية الانعكاس r.

يتحقق بشأنها هذا الفرض. وقد أثبتت القياسات المتعلقة بالضوء وأشكال أخرى للإشعاع الكهرومغناطيسي صحة هذا الاستنتاج وعلى ذلك يمكننا صياغة القاعدة الآتية المعروفة باسم قانون الانعكاس.

زاوية السقوط تساوي زاوية الانعكاس.

ويسمى ذلك النوع من الانعكاس المبين في الشكل (4 أ) ، حيث يكون السطح العاكس أملس تماماًكما في حالة المرآة: انعكاساً مرآوياً. أما الأسطح الخشنة مثل الورق أو الجدران المطلية فإنها تؤدي إلى انعكاس انتشاري كالمبين في الشكل (4 ب). وعلى الرغم من أن قانون الانعكاس ينطبق بالنسبة لهذه الأسطح على أشعة منفردة في الحزمة الضوئية إلا أن الأسطح غير الملساء تجعل الأشعة تنعكس بزوايا مختلفة من على المستوى المتوسط للسطح.