الفرق بين الانعكاس المنتظم وغير المنتظم: القانون واحد والأعمدة تختلف

الخلاصة السريعة

في الانعكاس المنتظم عن سطح مستو أملس، تبقى الأشعة المتوازية متوازية بعد الانعكاس. أما السطح الخشن فيوجهها إلى جهات مختلفة بسبب تغير الأعمدة المحلية. ^[1]

• زاوية السقوط تساوي زاوية الانعكاس في الحالتين، مقاستين من العمود المحلي. ^[1][2]
• الأشعة الساقطة المتوازية ليست بالضرورة موازية للأشعة المنعكسة؛ التوازي هنا بين الأشعة الخارجة من سطح مستو. ^[2]
• الانعكاس المنتشر يساعدنا على رؤية الأجسام غير اللامعة؛ ولا يعني أن قانون الانعكاس يتوقف. ^[1]
• في المثال الهندسي، ميل السطح +10° أو −10° يغير زاوية الشعاع الخارج من 60° إلى 80° أو 40° عن المحور الأفقي.

قانون واحد عند كل نقطة

نرسم العمود على المستوى المماس للسطح عند نقطة السقوط. في السطح المستوي تكون الأعمدة متوازية؛ وفي سطح خشن تختلف اتجاهاتها من نقطة لأخرى. ^[1]

نقارن زاويتين عند النقطة نفسها ومن عمودها، لا بين نقطتين مختلفتين. ^[1]

مع أعمدة مختلفة الاتجاه، لا يلزم أن تنعكس ثلاثة أشعة متوازية بالاتجاه نفسه. ^[1]

«غير منتظم» يصف تفرق الحزمة، ولا يلغي مساواة الزاويتين محليًا. ^[1]

التوازي: بين أي شعاعين؟

السطح الأملس مقاسًا بالطول الموجي يعكس الضوء باتجاهات محددة، والخشن ينشره. وقد يجمع سطح ماء لامع وغير مستو بين أثر اللمعان واختلاف الاتجاهات. ^[2]

عندما نقول «تنعكس الحزمة متوازية»، نقارن شعاعًا منعكسًا بآخر منعكس. لا نقارن أحدهما بمساره الساقط ثم نستنتج أن المسارين متوازيان. تغيير جهة انتشار الضوء هو لب عملية الانعكاس.

وفي سطح مصقول لكنه منحن، تختلف الأعمدة المحلية أيضًا. قانون الانعكاس صالح للمرايا غير المستوية، لكن نعتمد العمود إلى المماس عند كل نقطة. ^[1] لذلك لا يكفي وصف الجسم بأنه أملس لافتراض صورة الأشعة الخاصة بمرآة مستوية.

يوضح الرسم المقارنة بهندسة مبسطة. اللون يميز الساقط من الخارج، والخط المتقطع يبين العمود. اتبع سهم الشعاع حتى نقطة السقوط ثم اتبع السهم الجديد؛ لا توصل الاتجاهين كأنهما خط واحد مستقيم.

مثال محسوب: ثلاثة ميول وثلاثة اتجاهات

نختار محورًا أفقيًا، ونقيس الزوايا عكس عقارب الساعة. يكون اتجاه انتشار الشعاع القادم −60°، وتكون ميول ثلاث رقع مستوية 0° و+10° و −10°. هذه هندسة تعليمية، لا وصفًا لكل تفاصيل خشونة حقيقية.

في الرقعة الأفقية، اتجاه العمود 90°، والاتجاه نحو مصدر الشعاع 120°. زاوية السقوط 120 − 90 = 30°، فتساويها زاوية الانعكاس، ويخرج الشعاع باتجاه 60°.

في الرقعة ذات الميل +10° يصبح العمود 100°، فتكون الزاوية المحلية 20° ويخرج الشعاع عند 80°. وفي الرقعة ذات الميل −10° يكون العمود 80°، والزاوية المحلية 40°، والخروج عند 40°.

يمكن فحص كل حالة بمعادلة الرسم θ_out = 2φ − θ_in. مع θ_in = −60° تعطي φ = 0 و+10 و −10 النتائج 60 و 80 و 40 درجة. هذه الصيغة تستعمل اتفاقية المحور والزوايا التي ذكرناها.

الفرق بين اتجاهي الخروج الأبعد هو 80 − 40 = 40°. القيم المحلية 30 و 20 و 40 ليست زوايا مقاسة من سطح الرقعة؛ إنها من عمودها. وجود خط مرجعي واضح يجعل مراجعة الرسم ممكنة حسابيًا.

للقراءة المتصلة بهذا الموضوع: أجهزة انعكاس الضوء: كيف توجه المرايا الأشعة أو تجمعها؟