هل يمكن تفسير انعكاس الضوء في المرايا؟

تستعرض هذه المقالة تفسير انعكاس الضوء في المرايا، وتوضح ماهية وقانون انعكاس الضوء، بالإضافة إلى الحديث عن انعكاس الضوء في المرايا والماء والأحجار الكريمة، وكذلك تُفسِّر آلية انعكاس الضوء في مرآة تلسكوب نيوتن، وأخيرًا تُجيب على سؤال هل يمكن التقليل من انعكاس الضوء؟

انعكاس الضوء

انعكاس الضوء هو ارتداد الضوء عن الأسطح عند اصطدام شعاع الضوء بسطح معين فإما يغير الضوء اتجاهه وإما ينعكس. وفي تعريف أدق، فإن انعكاس الضوء يعني تغيير أشعة الضوء اتجاهها بعد مواجهتها لسطح ما، لم يمتص طاقة الإشعاع. ويختلف انعكاس الضوء بحسب نوعية السطح المصطدم فيه. وفي انعكاس الضوء يوجد شعاعان، الشعاع الساقط وهو الشعاع الوارد، والشعاع المنعكس وهو الناتج عن اصطدام الضوء بالسطح.

ويكون انعكاس الضوء في الأسطح الملساء بنفس زاوية اصطدامه، أما في الأسطح الخشنة، يكون انعكاس الضوء باتجاهات متعددة، فيما يعرف بالانعكاس المنتشر.

قانون انعكاس الضوء

يتمثل قانون انعكاس الضوء بمعادلة بسيطة، وهي زاوية شعاع الضوء الساقط تساوي زاوية شعاع الضوء المنعكس، أي أن زاوية السقوط تساوي زاوية الانعكاس. ويمكن التعبير عن معادلة قانون انعكاس الضوء كالتالي:

هل يمكن تفسير انعكاس الضوء في المرايا؟

صحيح، من الممكن تفسير حالات انعكاس الضوء في المرايا. وهناك ثلاثة أنواع معروفة للمرايا، المرايا ذات السطح المُسطّح، والمرايا المُحدَّبة (المنحنية للخارج)، والمرايا المُقعَّرة (المنحنية للداخل).

انعكاس الضوء في المرايا

يحدث انعكاس الضوء في المرايا (الانعكاس المرآوي) عند مواجهة أشعة الضوء سطح المرايا، الأمر الذي يجعلها ترتد للخلف، علمًا أنّ انعكاس الضوء في المرايا لا يعكس الصور من اليسار إلى اليمين بحسب ما يُشاع، بل يقلبها من الأمام إلى الخلف.

وفي تفسير حالة انعكاس الضوء في المرايا المسطحة، فهو ينعكس بنفس الزاوية في الاتجاه المُعاكِس الذي اصطدم فيه. على سبيل المثال، عندما يصطدم ضوء بمرآة مُسطحة بزاوية 30 درجة من جهة اليسار، ينعكس بزاوية 30 درجة من جهة اليمين.
أما عن انعكاس الضوء في المرايا الكروية، المحدبة أو المنحنية للخارج، فهو يُظهر مساحةً أوسع، وتبدو الصور المنعكسة فيه أصغر وأبعد عن تلك التي تُظهرها انعكاسات المرايا المسطحة، وأهم استخدامات انعكاسات المرايا الكروية في مرايا السيارات الخارجية.

أما عن انعكاسات الضوء للمرايا المُقعرة، أو المنحنية للداخل، فيوجد نقطة محورية تتجمع فيها أشعة الضوء القادمة من مصدرها، وتعمل عمل المُكبّر للصور، والتي توجد في مرايا المكياج على سبيل المثال. وكان نيوتن استخدمها من أجل صنع تلسكوبه العاكس، والذي ما يزال شائعًا عند علماء الفلك حتى هذه اللحظة، لبساطة صنعه وجودة صورته.

وعلاوة على ذلك، يختلف انعكاس الضوء ويُغير اتجاهه عندما ينتقل من مادة شفافة كالهواء إلى مادة أخرى كالماء، وهذا ما يوضّحه التطبيق الحاصل عند وضع ملعقة في كوب من الماء، إذ يظهر الجزء المغمور من الملعقة في مكان غير الذي توقعته العين.

انعكاس الضوء في مرآة تلسكوب نيوتن المقعرة

اعتمد العالِم إسحاق نيوتِن على فكرة انعكاس الضوء في المرآة المقعرة، خاصة وأنه يدرس الضوء القادم من الأجسام البعيدة جدًا، والذي ينعكس في أنبوب التلسكوب في نقطة تُعرف بالمحورية. ولكن قبل أن يصطدم الضوء بتلك النقطة، يصطدم بمرآة أخرى تُعد ثانوية، وأهم مميزاتها أنها مُسطحة مائلة بزاوية 45 درجة.

وتقوم المرآة المُسطحة بتحويل الضوء إلى منطقة في جانب الأنبوب من خلال فتحة، ثمّ تقوم العدسة بتركيزه. ولأنّ المرآة تُركّز على الضوء، فهي تُقدّم صورًا ساطعة وواضحة، أكثر من الوضوح الذي تقدمه الرؤية بالعين المجردة.

انعكاس الضوء في الماء

انعكاس الضوء في الماء يؤدي إلى ما يُعرف بانكسار الضوء في الماء، فعندما تنتقل الموجة من وسط إلى آخر تتغير سرعتها وبالتالي تنكسر. ويفيد انكسار أو انحناء الضوء بشكل عام في تحسين مجال الرؤية، وتركيز الضوء على شبكية العين.

ويؤدي التغير في الوسط الناقل للموجة إلى تغير سرعتها، وبالتالي تغير اتجاهها، فعندما ينتقل الضوء من الهواء إلى الماء، يصبح الضوء أبطأ بعض الشيء، فيتحرك في اتجاه مختلف أو زاوية مختلفة. وهذا يدل على ارتفاع احتمالية انكسار الضوء، خاصة عندما ينتقل إلى وسط أكثر كثافة من كثافته، كالماء ذو معامل انكسار أعلى.

أما عن زاوية شعاع الضوء الساقط، فهي مهمة في التأثير على انكسار الضوء في الماء، إذ يزداد معدل انكسار الضوء لو كان ساقطًا في المادة بزاوية كبيرة، ولكن لو سقط الضوء بزاوية 90 درجة، قد يصبح بطيئًا ولكنه لن يغير اتجاهه أبدًا.

وفي خَضِمِّ الحديث عن انعكاس الضوء في الماء أو انكساره، هناك ظاهرة معروفة تُسمى النمط اللامع (glitter pattern)، والتي تُظهر حالة من انعكاس ضوء الشمس بشكل لامع ومميز على سطح ماء البحر، إذ تكون فيها نقاط الضوء لامعة ومتلألئة تأتي وتذهب على السطح، مُشكِّلَةً في النهاية طريًقا متلألأً من الضوء عند النظر إليه من بعيد.

أما عند النظر إلى هذا الانعكاس عن كثب، سيبدو وكأنه نقاط فردية متناثرة ولامعة من الضوء المنعكس من ضوء الشمس. ويكون أكثر وضوحًا عند تناثرها على سطح البحر وهو أملس وهادئ، وهي الظاهرة ذاتها التي تُظهر انعكاس صور الجبال على أسطح المسطحات المائية في الصور الطبيعية. وقد يختلف انعكاس وميض الضوء في الماء أو البحر ويصبح مجعدًا فيما لو كان البحر مُموجًا، ولو بفعل القليل من الرياح.

انعكاس الضوء في الأحجار الكريمة

يعتمد انعكاس الضوء في الأحجار الكريمة بشكل أساسي على الطريقة التي يتم فيها قطع هذه الأحجار وتشكيلها من الخارج، والتي تعطي الأحجار جماليتها ورونقها الخاص. وفي حجر الماس، تُحَّدد جمالية القطعة بناءً على نظامها الهندسي الخارجي، الذي يجعل الضوء منعكسًا ومُتمحوِرًا في الوجه الأمامي للحجر أو باتجاه الشخص القادم لرؤيته. فكيف يحدث انعكاس الضوء في الأحجار الكريمة والألماس؟

يحدث انعكاس الضوء في الألماس أولًا من الجوانب العلوية الخارجية له، ويدخل بعض الضوء داخله، فينعكس مرة أخرى من الداخل إلى الأوجه السفلية منه، هذه الانعكاسات هي التي تعطي للماس بريقه ولمعانه في النهاية.

هل يمكن تقليل انعكاس الضوء؟

من الممكن تقليل انعكاس الضوء وذلك من خلال تطبيق طلاء مقاوِم للانعكاس كون له معامل انكسار، كتلك التي توضع على أسطح العدسات، خاصة فيما لو كان انعكاس الضوء قويًا أو غير مرغوب فيه.