الصوت و الضوء

الإنعكاس

الانعكاس هو تغير في اتجّاه جبهة الموجة (صدر الموجة) عند سطح بيني يفصل بين وسطين بحيث يرتد صدر الموجة إلى الوسط الذي صدر منه.الأمثلة الشائعة لذلك تشمل انعكاس موجات الضوء والصوت والماء. وتقول قوانين الانعكاس في الانعكاس المنتظم أن الزاوية التي تسقط بها الموجة على السطح تساوي الزاوية التي تنعكس بها. وتبرز المرايا ذاك الانعكاس.

أما في الصوتيات، يسبب انعكاس الموجات الصوتيّة على الحوائط والحوائل صدى للصوت، ويستخدم ذلك في السونار. وفي الجيولوجيا، من المهم دراسةالانعكاس في الموجات الزلزالية. ويمكن أيضا رصد انعكاس الموجات السطحية في المسطحات المائية. كما يمكن رصد انعكاس أنواع عديدة من الموجات الكهرومغناطيسية، فضلا عن الضوء المرئي. كما أن انعكاس الترددات الجد عالية VHF والأعلى منها مهمة بالنسبة للإرسال اللاسلكى (الراديو) والرادار. وحتى الأشعة السينية شديدة النفاذ وأشعة غاما يمكن أن تنعكس بزوايا مسطحة باستخدام مرايا "سافة" مخصوصة.

انعكاس الضوء

الانعكاس هو تغير اتجاه مقدمة موجة ضوئية ساقطة على سطح عاكس. وينص قانون الانعكاس على أن زاوية سقوط الشعاع على السطح العاكس تكون مساوية لزاوية الانعكاس. ويوضح الشكل تعريف تلك الزاويتين ، حيث تقاس كل زاوية منهما بالنسبة إلى العمودي على السطح. الشعاع الساقط على المرآة هو PO والشعاع المرتد (المنعكس) من المرآة هو OQ. ونطرا لتساوي زاوية السقوط وزاوية الانعكاس ، فيمكن أن يكون أيضا الشعاع الساقط QO والشعاع المنعكس OP.

وينطبق هدا القانون أيضا على انعكاس الصوت.

ويتكون الضوء من موجات كهرومغناطيسية. كذلك ينطبق قانون الانعكاس أيضا على جميع أنواع الموجات الكهرومغناطيسية مثل الأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية وأشعة غاما. ويهتم الخبراء أيضا بانعكاس ترددات العالية الكهرومغناطيسية (Very high frequency (VHF لبث للراديو وفي الرادار. حتي أن الأشعة السينية وأشعة غاماذات الطاقة العالية تنعكس طبقا لهذا القانون ، إلا أن انعكاسها يكون عند زاوية سقوط صغيرة وذلك بسبب قصر طول موجاتهما.

انعكاس الصوت

وينطبق قانون الانعكاس أيضا على انعكاس الصوت. ويستخدم انعكاس الصوت في تعيين أعماق البحار أو بعد الغواصات. وللانعكاس أهمية في الجيولوجيا حيث تنعكس موجات الصوت في باطن الأرض على طبقات بحسب كثافة الطبقات الأرضية وكذلك شكلها. كما يستخدم الانعكاس في تعيين مواقع وأعماق الزلازل.

يعرف انعكاس الصوت بأنه ارتداد الموجات الصوتية نتيجة لاصطدامها بسطح عاكس تحت زاوية معينة طبقا لقانون الانعكاس المعروفة عن الضوء. وعندما تكون زاوية السقوط عمودية على السطح العاكس ، ترتد الموجة على نفسها (حيث تتساوى زاوية السقوط وزاوية الانعكاس) ويعرف ذلك ب صدى الصوت، وهو تكرار سماع الصوت الناشئ عن انعكاس الصوت الأصلي. ويستوجب ذلك أن تكون الفترة الزمنية بينهما ${\displaystyle ({\frac {1}{10}})s}$ على الأقل لكي تشعر الأذن البشرية بصدى الصوت.

وبما أن سرعة الصوت في الجو عند 20 درجة مئوية يبلغ 340 متر في الثانية فإته لكي تشعر الأذن بصدى الصوت يلزم أن يكون الحائل أو الحائط بعيدا عنا على الأقل 17متر.

حيود الصوت:

تنتشر موجات الصوت، التي تنتقل بمحاذاة مبنى مبتعد، حول ركن المبنى. وعندما تمرّ عبْر الباب، تنتشر حول حافته. ويُسمَّى انتشار الموجات حول حافة عائق، تمرّ به، أو عند مرورها خلال فتحة ما، الحُيُود. ويحدث الحيود، كلما مرت موجات الصوت بعائق أو بفتحة؛ ولكنه يصبح أوضح ما يكون، إذا كانت موجاته طويلة، مقارنة بحجم العائق أو الفتحة. ويُمكِّنك الحيود من سماع الصوت حول ركن ما، حتى في غياب مسار مستقيم، من مصدر الصوت إلى أذنَيك.

سرعة الصوت:

سرعة الصوت (بالإنجليزية: Speed of sound) هي السرعة التي تنتقل بها الموجات الصوتيّة.

تختلف السرعة حسب الوسط الّذي تنتقل فيه الموجات. الخصائص التي تحدّد سرعة الصوت هي الكثافة ومعامل الحجم. ينتقل الصوت بسرعة أكبر خلال السوائل والأجسام الصلبة. كما أنّ سرعة الصوت تزداد مع الحرارة.

تقدّر سرعة الصوت في وسط هوائي عادي جاف في درجة حرارة (20 °C 68 °F) ب 343 متر في الثانية، أو (1,125 قدم/ثانية). أو ما يساوي 1135 كيلومتر في الساعة (768 ميل/الساعة)، أو ميل واحد في كل خمس ثوان.

العلاقة التي تربط بين سرعة الصوت والتردد ${\displaystyle f}$ وطول الموجة ${\displaystyle \lambda \,}$ هي :

${\displaystyle v=\lambda \;f}$.

وهي تنطبق في حالة الصوت كما تنطبق في حالة الضوء أو الموجات الكهرومغناطيسية، مع ملاحظة استبدال سرعة الصوت v بسرعة الضوء c في حالتي انتشار الضوء أو انتشار موجة كهرومغناطيسية.

انكسار الضوء:

انكسار الضوء هو ظاهرة فيزيائية عبرت الفيزياء الكلاسكية بأنها، ظاهرة انحراف الشعاع الضوئي عن مساره عند عبوره السطح الفاصل بين وسطين شفافين مختلفين.كما انها تغير في موجات الضوء ونظام الحركة التي تحدثها الموجات في الوسط المادى وجزيئات هذا الوسط فتحدت حركة ذات نظام معين تنتقل عبرها الطاقة وعندما تنتقل إلى وسط آخر مختلف في الكثافة فتغير الاتجاه بسبب تغير سرعتها وتتغير سرعة موجتها بسب تقيد حركة الموجات في الوسط الأكبر كثافة فتبطء سرعتها وزيادة الحرية في الانتقال عبر الوسط الأقل. وهو يحصل عند انتقال الموجة من وسط ذي معامل انكسار ما إلى وسط ذي معامل انكسار مختلف. ويحصل الانكسار عند الحد بين الوسطين. وعند الانكسار يتغير الطول الموجي ولكن التردد يبقى ثابتا. ومن الامثلة على الانكسار الموجي تغيّر اتجاه الضوء عند مروره عبر قطعة زجاجية.

يوجد علاقة بين الضوء الساقط والضوء المنكسر وهي حسب قانون الانكسار.

انكسار الضوء هو أحد الظواهر التي يتعرض له الضوء توجد لهذه الظاهرة أهمية كبيرة لفهمنا الطبيعة التي تصادفنا كما أن لها استخدامات تقنية بأجهزة عملية عديدة.

انكسارالضوء: هو عبارة عن انحراف الضوء عن مساره عند انتقاله من وسط شفاف إلى وسط شفاف آخر فبدلا من أن يستمر في الحركة على نفس الخط المستقيم الذي كان يستمر فيه ينحرف عن مساره بنقطه انتقاله بين الوسطين.علاقة بين الضوء الساقط والضوء المنحرف هي حسب قانون سنيل. معامل الانكسار n :هو النسبة بين سرعة الضوء في الفراغ وبين سرعته في المادة.