إنكسار الضوء: الإنعكاس الكلي الداخلي

انكسار الشعاع الضوئي يعتمد تحديدا على النسبة بين سرعة الضوء في المادتين. يبين هذا الجدول الوقت الذي يستغرقه الضوء لقطع مسافة معينة عبر المواد المختلفة مقارنة بالفراغ. يستغرق الضوء مرة ونصف المرة من الوقت الذي يعبر خلاله الفراغ لعبور الزجاج، وأكثر من ضعفه لعبور الماس. الأرقام في الجدول تسمى معاملات الإنكسار. مقدار انكسار الشعاع يعتمد على النسبة بين سرعة الضوء في المادتين. ونقيس معامل الإنكسار كالتالي: نرسم خطا عموديا على السطح الذي سقط الشعاع عليه، ويسمى خط العمود. ثم نقيس الزاوية بين العمود والشعاع، وتسمى زاوية السقوط. ثم نقيس الزاوية بين العمود والشعاع المنكسر، وتسمى زاوية الانكسار. الفارق الكبير بين الزاويتين يعني إنكسار قوي. إذا دخل الشعاع الضوئي مادة أكثر كثافة ضوئية، أي لها معامل انكسار أكبر -- فإن زاوية الانكسار تكون أصغر من زاوية السقوط. وإذا دخل مادة بمعامل انكسار أصغر، فإن زاوية الانكسار تكون أكبر من زاوية السقوط. يمكن رؤية ذلك بدون جدول معاملات الانكسار. إذا نظرت إلى قشة داخل كوب من الماء، ستبدو كأنها مكسورة. ولكنه مجرد انكسار الشعاع الضوئي. لأن الماء تماما كالزجاج، لديه معامل انكسار أكبر من الهواء. هذا الشعاع ينتقل من الزجاج إلى الهواء. إنه يسقط عموديا على السطح، فهو يمر بشكل مستقيم ولا ينحني إطلاقا. نُميله الآن قليلا، بحيث تكون زاوية الانكسار أكبر. الهواء له معامل انكسار أقل من الزجاج. لكن إذا زادت زاوية السقوط أكثر، فما الذي سيحدث الآن؟ إذا زادت زاوية السقوط بما يكفي لأن تصل إلى الزاوية الحرجة، فسينحني الشعاع على طول سطح الزجاج. الزاوية الحرجة تتحدد بناء على أنواع المواد التي يأتي منها الضوء وينتقل إليها. من الزجاج إلى الهواء، تكون الزاوية 41 درجة. ماذا تظنه سيحدث إذا أملنا زاوية شعاع الضوء أكثر من الزاوية الحرجة؟ لن يكون الضوء منحنيا. سوف ينعكس! يسمى هذا بالـ "الانعكاس الكلي الداخلي". عندما يسقط الضور على سطح ما بزاوية كبيرة بما يكفي مقارنة بالعمود، وهو ينتقل من مادة بكثافة ضوئية عالية إلى أخرى بكثافة أقل، فإن الضوء يرتد مرة أخرى إلى المادة الأكبر كثافة! هذا مفيد. في كابلات الألياف الضوئية، ترسَل المعلومات مثل المكالمات أو اتصالات الإنترنت في شكل أشعة ضوئية. تصنع الألياف من الزجاج أو البلاستيك بسمك أكبر قليلا من خصلة الشعر، الانعكاس الكلي الداخلي هو ما يجعل الضوء يرتد بين جدران الكابل، وحتى لو انحنى الكابل. يمكن إرسال معلومات أكثر، ولمسافات أطول عبر كابلات الألياف الضوئية مما هو ممكن عبر الأسلاك النحاسية. هذا يعمل تماما مثل كابل الألياف الضوئية! أشعة الضوء ترتد داخل مجرى المياه. وكأن الأشعة لا تريد العودة إلى الهواء، فترتد للماء ثانية. الانعكاس الكلي الداخلي! الانعكاس الكلي الداخلي!