زاوية بروستر Brewster's Angle

إن الضوء عبارة عن أمواج كهرومغناطيسية ، أي أن هناك مجالا كهربائيا متذبذبا ، ويتذبذب معه وعموميا عليه مجال مغناطيسي ، وكلاهما عمودي على اتجاه انتشار الموجة ، واذا أخذنا موجة واحدة في أثناء انتشارها أمكن ان نعين اتجاها لتذبذب لهذه الموجة ، وهذا الاتجاه والذي هو الطبع عمودي على اتجاه الانتشار سيكون - أي اتجاه التذبذب - باتجاه محصلة المجال الكهربائي والمجال المغناطيسي ، وفي هذه الحالة نقول ان الضوء مستقطب خطياً .

‏ولو كان البحث يقتصر على موجة واحدة لهذا الأمر ، إلا انه في الأحوال العادية ، ينطلق من مصادر الضوء ملايين الملايين من الموجات وكل منها مستقطبة في اتجاه معين ، لذا فإن الضوء ، المنطق منها غير مستقطب لأن اتجاه الاهتزاز عشوائي .

‏ويمكن تبسيط الأمر بتحليل كل متجه كهرمغناطيسي لموجة إلى مركبتين في اتجاهين ، نقوم نحن باختيارها . وبالطبع ، لا بد أن يكونا معامدين لاتجاه الانتشار ، عندئذ سنحصل على ضوء غير مستقطب ، إلا انه واضح المركبات . وبالطبع ستكون المركبات متساويتين في الاتساع .

الشكل (1)

وقد وجد ان الضوء عندما يسقط من وسط شفاف على سطح وسط شفاف أخر . فإن الجزء المنعكس والجزء المنكسر يختلفان في حالة الاستقطاب ، ولتوضيح ذلك انظر إلى الشكل (1) الذي يبين أشعة ضوئية غير مستقطبة تسقط على سطح مادة شفافة (ماء أو زجاج مثلا) ، بزاوية قدرها (₁‏Φ) ، فينعكس جزء منها بزارية (₁Φ`‏) وينكسر جزء منها بزاوية (₂Φ) . نلاحظ أننا حللنا المتجه الكهرمغناطيسي للموجة الساقطة إلى مركبتين ، الأولى عمودية على الصفحة . وسنسميها المركبة العمودية ، والثانية في مستوى الصفحة ، وسنسميها المركبة الموازية .

‏إن الموجات الضوئية المنعكسة تكون فيها المركبة العمودية أكبر مقدارا من المركبة الموازية . وخلافا للضوء المنكسر ، فإن المركبة الموازية تكون اكبر من المعامدة .

‏وقد وجد تجريبيا انه عند زاوية سقوط معينة ، تسمى زاوية الاستقطاب ، تتلاشى المركبة الموازية من الموجات الضوئية المنعكسة يكون الضوء المنعكس عند هذه الزاوية خطيا ، وفي اتجاه عمودي على سطح الانعكاس (وهو السطح الذي يجمع الشعاع الساقط والمنعكس والعمود المقام من نقطة السقوط) . اما اذا نظرنا للضوء المنكسر فسنجد أن المركبة المعامدة قد تلاشت ، وأن الضوء المنكسر مستقطب خطيا في اتجاه يوازي سطح الانعكاس انظر الشكل (1) .

‏كما وجد تجريبيا انه عند زاوية الاستقطاب ، يكون الشعاع المنكسر عموديا على الشعاع المنعكس ، أي أن :

= 90Φ`₁ + Φ₂ 

وقد سميت زاوية الاستقطاب بزاوية بروستر نسبة إلى العالم الذي اكتشفها ويرمز لها بالرمز (p​Φ) . ويمكننا ايجاد علاقة لزاوية بروستر كما يلي :

لأن                                  

قانون سنل                                               

وبما أن جا الزاوية = جتا المتممة لها ، إذن :