زاوية بروستر ، التي سميت على اسم الفيزيائي الاسكتلندي ديفيد بروستر ، هي زاوية مهمة في دراسة انكسار الضوء. عندما يضرب الضوء سطحًا مثل جسم مائي ، ينعكس بعض الضوء عن السطح بينما يخترقه البعض الآخر. ومع ذلك ، فإن الضوء الذي يخترق لا يستمر بالضرورة في خط مستقيم ؛ ظاهرة تعرف باسم الانكسار تغير الزاوية التي ينتقل عندها الضوء. يمكنك أن ترى هذا بنفسك من خلال النظر إلى قشة في كوب من الماء ؛ جزء الشفاط المرئي فوق الماء لا يبدو أنه متصل تمامًا بما تراه في الماء. ذلك لأن زاوية الضوء تغيرت بسبب الانكسار ، مما يغير طريقة تفسير عينيك لما تراه.
عند زاوية معينة ، يتم تقليل انكسار الضوء ؛ هذه هي زاوية بروستر. على الرغم من استمرار حدوث بعض الانكسار ، إلا أنه أقل مما قد تراه في أي زاوية أخرى. تعتمد الزاوية الدقيقة جزئيًا على المادة التي يدخلها الضوء ، حيث تتسبب المواد المختلفة في كميات مختلفة من الانكسار أثناء مرور الضوء من خلالها. لحسن الحظ ، من الممكن حساب زاوية بروستر في أي مادة ببساطة عن طريق تطبيق القليل من حساب المثلثات.
زاوية الاستقطاب
تشير زاوية بروستر إلى المستوى الأمثل للاستقطاب الذي يمكن أن يحدث داخل مادة الانكسار. ما يعنيه هذا هو أن الضوء الذي يدخل إلى مادة ما عند هذه الزاوية المحددة لا يتشتت في اتجاهات متعددة (وهو ما يسبب الانكسار). وبدلاً من ذلك ، يستمر الضوء في التحرك على طول مسار واحد بأدنى حد ممكن تشتت. يمكنك رؤية هذا التأثير عند ارتداء النظارات الشمسية المستقطبة ؛ تتميز العدسات بطبقة مصممة لتقليل التشتت وإنشاء تأثير مستقطب ، مما يتيح لك ذلك انظر من خلال الوهج على سطح الماء والأماكن الأخرى التي يصعب فيها تشتت الضوء يرى.
نظرًا لأن زاوية Brewster هي الزاوية المثلى للاستقطاب في مادة معينة ، فسترى أحيانًا أنها يشار إليها باسم "زاوية الاستقطاب" للمادة أيضًا. كلا المصطلحين يعنيان نفس الشيء بشكل أساسي ، ومع ذلك ، لا تقلق إذا رأيت أحد المصادر يشير إلى أحد المصطلحين ويستخدم مصدر آخر الآخر.
صيغة بروستر
لحساب زاوية Brewster ، تحتاج إلى استخدام صيغة مثلثية تُعرف باسم صيغة Brewster. الصيغة نفسها مشتقة باستخدام قاعدة رياضية تُعرف باسم قانون سنيل ، لكن لا يتعين عليك معرفة كيفية إنشاء الصيغة بنفسك لاستخدامها. استخدامθب لتمثيل زاوية بروستر ، فإن معادلة صيغة بروستر هي:
\ theta_B = \ arctan {\ فارك {n_2} {n_1}}
فيما يلي تفصيل لما يعنيه هذا.
في صيغتنا ،θب تمثل الزاوية التي نحاول حسابها (زاوية بروستر). "arctan" الذي تراه هو قوس ظل الزاوية ، وهو دالة عكسية للماس ؛ في حالة أينذ= تان (x) ، سيكون قوس ظل الزاويةx= أركتان (ذ). من هناك لدينان1 ون2. يشير كلاهما إلى معامل الانكسار للمواد التي يمر الضوء من خلالهان1 كونها المادة الأولية (مثل الهواء) ون2 كونها المادة الثانية التي تحاول عكس الضوء أو تشتيته (مثل الماء). ستحتاج إلى البحث عن مؤشرات الانكسار لإجراء الحساب (انظر الموارد).
بمجرد البحث عن مؤشرات المواد الخاصة بك ، تحتاج ببساطة إلى إدخال الأرقام وحساب قوس ظل الزاوية. لا تنسى ذلكن2 يذهب في الجزء العلوي من الكسر الخاص بك! باستخدام الهواء والماء كمثال ، يمكنك أن ترى أن الهواء له معامل انكسار يبلغ حوالي 1.00 والماء (عند درجة حرارة الغرفة تقريبًا) معامل انكسار 1.33 ، وكلاهما مقرب إلى رقمين عشريين نقاط. بوضعهم في الصيغة ، تحصل على:
\ theta_B = \ arctan {\ frac {1.33} {1.00}} = 0.9261 \ نص {راديان}
يمكنك حساب ذلك باستخدام آلة حاسبة علمية باستخدام التان-1 تعمل إذا لم يكن لديك زر أركتان مخصص ؛ القيام بذلك يعطيناθب = 0.9261 راديان (مقربًا لأربعة أماكن) أو بزاوية 53.06 درجة.
