ما هو معامل الانكسار؟
معامل الانكسار، ويُرمز له بالحرف n، هو عدد بلا وحدة (لا بُعدي) يصف مدى سرعة انتقال الضوء عبر وسطٍ ما مقارنةً بسرعته في الفراغ. ويُعرَّف بأنه النسبة بين سرعة الضوء في الفراغ (c ≈ 299,792,458 م/ث) وسرعة الضوء داخل الوسط (v). وبما أن الضوء يتباطأ دائمًا عند مروره في المادة، فإن قيمة \(n\) تكون دائمًا أكبر من أو تساوي 1. ومن القيم الشائعة: 1.0003 للهواء، و1.33 للماء، ونحو 1.5 للزجاج العادي.
كيفية استخدام الحاسبة
أدخِل سرعة الضوء داخل الوسط (بالمتر في الثانية) وسرعة الضوء في الفراغ. القيمة الافتراضية للفراغ هي 299,792,458 م/ث، لكن يمكنك تغييرها إذا كنت تستخدم رقمًا مقرَّبًا مثل \(3\times10^{8}\). تقوم الحاسبة بقسمة \(c\) على \(v\) لتعطيك معامل الانكسار في الحال.
شرح المعادلة
المعادلة الأساسية هي $$n = \frac{\text{Speed in Vacuum (m/s)}}{\text{Speed in Medium (m/s)}}$$ حيث \(c\) هي سرعة الضوء الكونية في الفراغ، وv هي سرعة الطور (الأبطأ) داخل المادة. وكلما زادت قيمة المعامل، زاد تباطؤ الضوء وانحرف بزاوية أحدّ عند سطح الوسط، وفقًا لقانون سنيل.
مثال محلول
لنفترض أن الضوء ينتقل عبر وسطٍ بسرعة \(v = 225{,}000{,}000\) م/ث بينما سرعته في الفراغ \(c = 299{,}792{,}458\) م/ث. عندئذٍ يكون $$n = \frac{299{,}792{,}458}{225{,}000{,}000} \approx 1.3324$$ وهذه القيمة قريبة من معامل انكسار الماء، ما يعني أن هذه المادة تُبطئ الضوء وتحرفه بطريقة مشابهة جدًا لما يفعله الماء.
الأسئلة الشائعة
هل يمكن أن يكون معامل الانكسار أقل من 1؟ بالنسبة لسرعة الطور في بعض المواد (مثل الأشعة السينية في أوساط معينة) قد يكون أقل من 1 قليلًا، لكنه بالنسبة للضوء المرئي في المواد العادية يكون دائمًا \(\geq 1\).
هل معامل الانكسار ثابت؟ لا، فهو يتغير قليلًا تبعًا للطول الموجي للضوء، وهي ظاهرة تُسمى التشتت، وهي السبب في أن المنشور يفصل الضوء الأبيض إلى ألوان.
ما الوحدات التي ينبغي استخدامها؟ استخدم الوحدة نفسها لكلتا السرعتين (عادةً م/ث). وبما أن \(n\) نسبة، فإن الوحدات تتلاشى وتكون النتيجة بلا وحدة.
