انعكاس الضوء في المرايا؟ شرح سهل للقوانين والأنواع

هل تساءلت يومًا عند النظر إلى صورتك في الصباح: لماذا ينعكس الضوء من المرآة بهذه الدقة بينما لا يحدث ذلك على الحائط؟ إن ظاهرة انعكاس الضوء في المرايا، أو ما يُعرف علميًا بالارتداد الإشعاعي، ليست حدثًا يوميًّا عابرًا، بل هي أساس عمل تقنيات عدة حولنا.

في هذا المقال، سنغوص في فيزياء الضوء لنفهم كيف ينعكس الضوء في المرايا؟ ونشرح قوانين انعكاس الضوء، ونتعرف على أنواع المرايا وصفاتها المختلفة.

لماذا ينعكس الضوء عن المرايا؟

يتساءل الأطفال: لماذا ينعكس الضوء جيدًا على المرآة؟ لكي نفهم السبب بدقة، يجب أن نعلم أن المرآة ليست زجاجًا فقط، بل هي لوح زجاجي مطلي من الخلف بطبقة رقيقة جدًا من معدن مصقول (مثل الفضة). عندما تصطدم موجات الضوء بإلكترونات المعدن، ترتد جميعها في اتجاه واحد منتظم، وهذا ما يسمى الانعكاس المرآوي (Specular Reflection).

في البداية لا بد أن نعرف أن الضوء هو نوع من أنواع الطاقة الكهرومغناطيسية نستطيع أن نراه بالعين المجردة، وهو المسؤول عن رؤيتنا الأشياء الأخرى، إضافة إلى أن هذا الضوء يتأثر بكثير من الظواهر الطبيعية والفيزيائية الأخرى، ومنها ظاهرة الانعكاس الضوئي.

وفي علم الفيزياء يطلقون على انعكاس الضوء على المرايا مصطلح الارتداد الإشعاعي للضوء، وهو ما يحدث بسبب سقوط الضوء على سطح مصقول وهو المرايا.

ويقول قانون انعكاس الضوء إن انعكاسًا يحدث لشعاع الضوء الذي يسقط على جسم مصقول بزاوية سقوط الشعاع نفسها، وعلى هذا يكون لكل زاوية انعكاس خاص بها حسب سقوط شعاع الضوء على السطح.

أما شعاع الضوء الأبيض الذي يسقط على الأجسام والأسطح غالبًا ما يتكون الضوء في الجهة العكسية، أما إذا سقط الضوء على جسم أسود فإنه يمتصه ويحوله إلى حرارة يمكن الاستفادة منها بعد ذلك، كما يحدث في تسخين الماء.

وتُعد نظرية انعكاس الضوء من النظريات المهمة والأساسية في دراسة الفيزياء، وبالتالي يدرسها جميع الطلاب بداية من المرحلة الإعدادية لفهم كثير من الأمور المترتبة على انعكاس الضوء على الأجسام.

شرح قوانين انعكاس الضوء على المرايا

لكي نفهم فكرة انعكاس الضوء على المرايا، لا بد أن نفهم أن المرآة في حد ذاتها هي سطح عاكس للضوء، لذا تنعكس عنها معظم أنواع الأشعة الضوئية بسبب أن المرآة سطح أملس وناعم، وعلى هذا تكون قدرة عكس الأشعة كبيرة.

وحسب القانون الأول لانعكاس الضوء، فإنه يتحدث عن زاوية السقوط للأشعة التي دائمًا ما تساوي زاوية انعكاس الأشعة نفسها عن الجسم نفسه الذي سقطت عليه، وعلى هذا تكون زاوية سقوط الأشعة هي الزاوية الواقعة بين العمود المقام على سطح المرآة وبين الشعاع الساقط عليها.

وحينئذ نستطيع أن نفهم أنه توجد زاوية لسقوط أشعة الضوء على المرايا أو على السطح العاكس، وتوجد زاوية أخرى للانعكاس، تكون بين السطح العاكس والشعاع المنعكس.

أما القانون الثاني لانعكاس الضوء فإنه يخبرنا أنه توجد نقطة معينة يكون فيها كل من الشعاع العاكس والشعاع الساقط والعمود المقام عند مستوى واحد. ويخبرنا القانون أيضًا أن هذا المستوى يكون عموديًا على سطح المرآة أو الجسم العاكس، وهو ما نراه عند سقوط الضوء على المرايا. ونتساءل لماذا ينعكس الضوء على المرايا؟

أنواع المرايا وصفاتها.. لماذا يختلف انعكاس الضوء على المرايا؟

لكي نجيب عن هذا السؤال، يجب أن نفهم أن المرايا لها أنواع متعددة وتختلف عن بعضها بعضًا في طبيعتها، وبذلك يؤدي هذا الأمر إلى اختلاف انعكاس الضوء من مرآة إلى أخرى. فالضوء في حد ذاته لا يتغير، والقوانين لا تتغير، وإنما طبيعة المرايا العاكسة هي التي تتغير.

انعكاس الضوء على المرآه المستوية

تنتشر في حياتنا أنواع المرآة المستوية بأحجامها المختلفة، وهي مرآة تعكس الضوء انعكاسًا معتدلًا وبحجم الأجسام التي تنعكس عليها نفسه؛ لذا عندما يقف الشخص أمام المرآة، يرى نفسه بالحجم نفسه والشكل نفسه دون تغيير في الأبعاد؛ لأنها تعكس الضوء على نحو طبيعي.

كذلك تعكس المرآة المستوية الضوء بالحجم نفسه، لكنها تظهر الصورة معكوسة بحيث يكون اليسار في اليمين والعكس، وهو ما يجعلنا نرى الصور معكوسة في المرأة. لذا تكتب عربات الإسعاف كلمة «إسعاف» كتابة مقلوبة لكي يتمكن سائقو العربات الأخرى من قراءتها قراءة صحيحة عندما تنعكس على المرآة الموجودة لديهم.

انعكاس الضوء على المرآة المقعرة

تختلف المرآة المقعرة كثيرًا عن المرآة المستوية، وتبدو بشكل شبه كروي، ويطلقون عليها اسم مرآة القطع المكافئ، لأنها تستقبل تلك المرآة أشعة الشمس على سطحها المقوس وتعكسها بطريقة خاصة ومختلفة عن باقي المرايا.

في المرآة المقعرة تتجمع الأشعة وتنعكس مع بعضها في اتجاه واحد وبؤرة واحدة، وبذلك تخرج الأشعة من المرآة المقعرة في هيئة صورة متوازية، وبذلك تكبِّر الأجسام مقارنة بطبيعتها، وهو ما يجعلهم يستخدمونها في مصابيح السيارات ومرايا الحلاقة والتلسكوبات وأقمار الاستقبال الفضائي.

انعكاس الضوء على المرآه المحدبة

تكون المرآة المحدبة في شكلها عكس المرآة المقعرة، لأنها تبدو في سطحها الخارجي أشبه بالكرة، وهو السطح الذي تنعكس عليه الأشعة الضوئية، وبذلك تتوزع كل هذه الأشعة الساقطة.

تمنح المرايا المحدبة صورًا غير حقيقية للأجسام والأشكال التي تنعكس عليها نتيجة تباعد الأشعة التي تسقط بسبب طبيعة المرايا، وبسبب ابتعاد الأشعة عن النقطة التي تكونت خلف المرآة.

وهكذا تعكس المرآة المحدبة الصورة للخارج؛ ما يجعلنا نرى الأشياء أصغر من حجمها الطبيعي؛ لذا تُستخدم المرآة المحدبة لتوفير رؤية واسعة للمناطق الكبيرة، مثل ما يحدث في مرايا السيارات الجانبية التي تكشف الشارع والطريق عن طريق تصغير الصورة، وأيضًا مرايا المراقبة التي تكشف مساحات كبيرة من خلال مرايا صغيرة.

ما الفرق بين انعكاس وانكسار الضوء في المرايا والعدسات؟

المرايا تعكس الضوء يرتد عنها، في حين العدسات تكسر الضوء (ينفذ من خلالها ويغير مساره) كما يحدث عند وضع قلم في كوب ماء فيبدو مكسورًا بسبب الانكسار.

لماذا ينعكس الضوء في المرايا والزجاج والماء أفقيًّا؟

تشير دراسات الفيزياء البصرية إلى ظاهرة تسمى زاوية بروستر أو استقطاب الضوء، تميل الموجات الضوئية المنعكسة غير المعدنية (كالماء أو زجاج الطريق) فيصبح الضوء المنعكس عن الأسطح مستقطبًا أفقيًّا غالبًا، وهو ما يسبب الوهج المزعج للعين، وتعالجه النظارات الشمسية المستقطبة (Polarized).

أهمية انعكاس الضوء في المرايا

يُعد انعكاس الضوء من الظواهر والقوانين الطبيعية التي استفاد منها الإنسان في حياته اليومية منذ القدم، ومن أبرز أمثلة على انعكاس الضوء تاريخيًّا، ما قام به العالم أرشميدس فقد استطاع أن يستخدم المرآة لكي تعكس الضوء على السفن مع تكبير الأشعة وتوجيهها نحو السفن المعادية لحرقها في المعارك.

أيضًا يسمح الانعكاس في المرايا للإنسان برؤية نفسه في المرآة عندما تنعكس الأشعة الضوئية إلى مركز الإبصار في عين الإنسان، وبذلك يتمكن من عملية الرؤية.

وتتعدد تطبيقات انعكاس الضوء في العصر الحديث، فيُستخدم في كثير من العمليات مثل عملية التصوير، وقياس المسافات بين الأجسام، وبعد العمليات الجراحية الدقيقة، ومراقبة المتاجر والميادين باستخدام الأسطح العاكسة، وصناعة أجهزة الرؤية الخاصة بالغواصات البحرية (البيروسكوب)، وغيرها.

تطبيقات وأمثلة على انعكاس الضوء

لا تقتصر أهمية انعكاس الضوء على رؤية أنفسنا، بل تتعداها إلى تطبيقات انعكاس الضوء الحيوية:

• الألياف البصرية: تعتمد على الانعكاس الكلي الداخلي لنقل الإنترنت والبيانات بسرعة الضوء.

• البيروسكوب: في الغواصات لرؤية ما فوق سطح الماء.

• القياس بالليزر: حساب المسافات بدقة متناهية عن طريق قياس زمن ارتداد شعاع الليزر.

وفي نهاية مقالنا الذي حاولنا من خلاله الإجابة عن سؤال: لماذا ينعكس الضوء في المرايا، نأمل أن نكون قد قدمنا لك المتعة والفائدة، ويسعدنا كثيرًا أن تشاركنا رأيك في التعليقات، ومشاركة المقال على مواقع التواصل لتعم الفائدة الجميع.