تُظهر أسطوانة محرك بمقطع جانبي المكبسَ والصمامات والشرارة خلال الأشواط الأربعة للدورة. يغيّر الطلاب سرعة المحرك وتقديم الشرارة، ويتابعون تحديث الشوط وزاوية الدورة وضغط الأسطوانة وحالة الصمامات.
—
الألياف الضوئية ودليل الضوء
عن هذه المحاكاة
توضح الألياف الضوئية ودليل الضوء كيف تحمل خيوط الزجاج الرفيعة كالشعر حركة مرور الإنترنت العالمية بسرعة الضوء. تعرض ألياف ضوئية شفافة ثلاثية الأبعاد قلبها الداخلي عالي المعامل (n₁)، والغلاف الخارجي منخفض المعامل (n₂)، ومخروط قبول الدخول، والكاشف الضوئي للخروج. بينما يسحب الطلاب مرسل الليزر الأحمر أو يضبطون زاوية الإطلاق، ينكسر شعاع ليزر مستمر وتيار من نبضات الفوتون المضيئة في وجه القلب ويصطدم بجدار القلب-الغلاف بزاوية سقوط θᵢ. طالما بقيت θᵢ فوق الزاوية الحرجة θc = arcsin(n₂/n₁)، ينعكس 100% من الضوء داخليًا أسفل الدليل الموجي؛ يؤدي سحب حلقة الانحناء الوسطى بشكل حاد للغاية إلى خفض زاوية السقوط المحلية إلى ما دون θc والكشف عن أشعة تسريب الغلاف.
ما الذي يمكن للطلاب استكشافه
- اسحب مرسل الليزر الأحمر لأعلى ولأسفل في وجه المدخل وابحث عن زاوية الإطلاق الدقيقة حيث تنخفض زاوية سقوط القلب θᵢ دون الزاوية الحرجة θc، مما يؤدي إلى إطلاق أشعة تسرب حمراء.
- اسحب الحلقة الذهبية الوسطى للأعلى لثني الألياف الضوئية ومعرفة كيف يتسبب الانحناء الضيق في تسرب الضوء الذي كان محبوسًا سابقًا إلى الغلاف.
- قم بزيادة معامل القلب n₁ من 1.50 إلى 1.80 مع إبقاء معامل الغلاف n₂ عند 1.38 وراقب مخروط القبول الأخضر يتسع كلما زاد الفتح العددي (NA).
- ارفع معامل الغلاف n₂ أقرب إلى n₁ وراقب كيف تقترب الزاوية الحرجة θc من 90°، مما يجعل من الصعب الحفاظ على حبس الضوء.
- انقر فوق مرسل الليزر أو حلقة الانحناء للتبديل بين وضعي الانعكاس الكلي الداخلي بلا فقدان وتسريب الغلاف.
أهداف التعلّم
- 1احسب الزاوية الحرجة θc = arcsin(n₂ / n₁) لواجهة بين قلب عالي المعامل (n₁) وغلاف منخفض المعامل (n₂).
- 2اذكر الشرطين الفيزيائيين المطلوبة للانعكاس الكلي الداخلي: يجب أن ينتقل الضوء من معامل انكسار أعلى إلى أقل (يتجاوز n₁ قيمة n₂) ويصطدم بزاوية θᵢ تتجاوز θc.
- 3اربط الفتح العددي NA = √(n₁² − n₂²) للألياف الضوئية بزاوية مخروط القبول الأقصى لها.
- 4اشرح سبب تسبب الانحناءات الكبيرة في كابل الألياف الضوئية في توهين الإشارة (فقدان الانحناء).
أسئلة يطرحها المعلمون
لماذا يظل الضوء محبوسًا داخل الألياف الضوئية الزجاجية المنحنية؟
يحتوي القلب الزجاجي الداخلي على معامل انكسار أعلى (n₁) من زجاج الغلاف المحيط (n₂). عندما يصطدم الضوء داخل القلب بالحد بزاوية مرور ضحلة (أي زاوية كبيرة θᵢ مقاسة من العمود المقام، أكبر من θc), ليس قانون سنيل أي حل منكسر وينعكس 100% من الضوء مرة أخرى إلى القلب.
لماذا تحتاج الألياف الضوئية إلى غلاف إذا كان الهواء من الأساس له معامل انكسار منخفض (n = 1.00)؟
الألياف الزجاجية العارية التي تلامس الغبار أو الرطوبة أو الخدوش أو ألياف أخرى ستسرب الضوء في كل نقطة اتصال. يضمن محاصرة القلب بغلاف زجاجي نظيف وواقي بمعامل n₂ واجهة انعكاس نقية على طول الكابل بأكمله.
ما هو الفتح العددي (NA)؟
يقيس الفتح العددي NA = √(n₁² − n₂²) قدرة تجميع الضوء للألياف. وهو يساوي sin(θ_max)، حيث θ_max هي نصف زاوية مخروط القبول الأخضر عند وجه المدخل والتي سيخضع الضوء الداخل خلالها بنجاح للانعكاس الكلي الداخلي.
لماذا يجب ألا ثني كابل الألياف الضوئية حول زاوية حادة؟
عند الانحناء الحاد، ينحني الجدار الخارجي للقلب نحو الشعاع القادم، مما يقلل الزاوية θᵢ بين الشعاع وعمود الجدار المقام. بمجرد أن تنخفض θᵢ دون الزاوية الحرجة θc، ينكسر الضوء خارجًا إلى الغلاف وتضعف الإشارة.
أدرِج هذه المحاكاة في موقعك
ضعها في منصتك التعليمية أو مدونتك أو موقع صفك — مجانًا.
<iframe src="https://kiwibee.io/ar/simulations/fiber-optic-total-internal-reflection-3d-simulation/embed" title="الألياف الضوئية ودليل الضوء | KiwiBee" loading="lazy" allowfullscreen style="width:100%;height:min(70vh,620px);min-height:420px;border:0;border-radius:16px"></iframe>واصل الاستكشاف
مزيد من النماذج العلمية التفاعلية
يظهر السد والبنستوك والتوربين في ثلاثة أبعاد. يغيّر الطلاب فتحة البوابة ومنسوب الماء، أي الارتفاع، ويقرؤون تدفق الماء وسرعة الماء في البنستوك والقدرة الكهربائية والطاقة اليومية.
—
يُرجِّح منجنيق قروسطي ذراعه في ثلاثة أبعاد ويقذف حجرًا. يغيّر الطلاب كتلة الثقل الموازن ونسبة الذراع وزاوية الإطلاق، ويضغطون «أطلِق!»، ويقرؤون سرعة الإطلاق والمدى وزمن الطيران.
—
A 3D pocket cube with colored faces sits on screen. Students drag across a face to turn a layer, press Scramble to mix it, and try to solve it while the move counter and timer run.
—
تتدفق خيوط الهواء حول جناح منحنٍ في ثلاثة أبعاد بينما يغيّر الطلاب زاوية الهجوم وسرعة الهواء. تعرض القراءات الرفع، ومعامل الرفع، ونسبة الرفع إلى السحب، وهل التدفق عادي أم متوقف.
—
أدخل العلوم التفاعلية إلى صفك
مساحة المعلم المجانية في KiwiBee تجمع تخطيط الدروس وأوراق العمل وأدوات الصف وسجل الدرجات في مكان واحد.
ابدأ مجانًا وأنشئ صفك الأول
الرئيسية
كل الحلول
الأسعار
من نحن
برنامج KiwiBee للمنظمات غير الربحية
الفعاليات والندوات
للمؤسسات الكبيرة
للمدارس
للمراكز التعليمية
لقادة الفرق
للمعلمين
الذكاء الاصطناعي والموارد
الموارد
أوراق عمل قابلة للطباعة
حزم الدروس
محاكاة تفاعلية
أدوات المعلم
استوديو الذكاء الاصطناعي
أفكار وأبحاث