الثلاثاء، 20 ديسمبر، 2016

نظرية التجربة



نظرية التجربة The theory:
عزم القصور الذاتي (Moment of inertia) : هو مقياس مقاومة الجسم للتغيرات في معدل دورانه. يرمز له بالرمز ( I )ويقاس بوحدة kg.m2   .
لنفرض ان عزم القصور الذاتي لدولاب الموازنة حول محور عمودي على سطحه ويمر من مركزه هو I وان نصف قطر محوره هو r . فاذا لف احد طرفي الخيط حول محور الدولاب وعلق جسم كتلته من طرفه الاخر وترك ليهبط بسرعة v وكانت سرعة الدولاب الزاوية هي   لحظة وصول الجسم الى الارض بعد ان قطع مسافة شاقولية مقدارها h , واثناء هذه الحركة يكون الدولاب قد اكمل n عدد من الدورات .
عندئذ ومن قانون حفظ الطاقة :
الطاقة الكامنة للثقل المعلق = الطاقة الحركية للثقل المعلق + الطاقة الحركية للدولاب + الشغل المنجز ضد الاحتكاك .
نحصل على
           (1)
حيث يمثل W الشغل المنجز ضد الاحتكاك لكل دورة بين الخيط ومحور الدولاب , على فرض انه لا يعتمد على سرعة الدوران .
و n هو عدد الدورات التي يعملها الدولاب قبل وصولها الى سطح الارض ويساوي : 
وبما ان الطاقة الحركية لذي اكتسبه الدولاب   يبدد في عدد N من الدورات المتعاقبة .
                                         (2)
    (3)
وكذلك :
وبتعويض المعادلة (2) و (3) في المعادلة (1) نجد :

وبما ان قوة الاحتكاك ثابتة فان تعجيل نزول الجسم المعلق من الدولاب ايضا ثابت لذا فان مقدار السرعة يساوي :
  = 2 × average velocity of fall = 

             (4)
 و و  g = 9.8 m.sec-2حيث ان

الخطوات العملية للتجربة The procedure:

1.         نربط احد طرفي الخيط في احد اطراف الخيط لحمل الاثقال ونلف الطرف الثاني حول محور الدولاب على ان يكون طول الخيط تقريبا مساويا  للمسافة بين المحور وسطح الارض .
2.         نترك الجسم ذات الكتلة mتنزل خلال مسافة معينة من سطح الارض وعلى ارتفاع h حتى تصطدم بالارض ونقيس الزمن الذي استغرقه من لحظة حركتها الى لحظة سقوطها على سطح الارض وليكن t .
3.         نحسب عدد الدورات n التي يعلمها الدولاب حتى تصل الكتلة الى سطح الارض .
4.         بعد اصطدام الكتلة بسطح الارض حيث يترك الخيط محور الدوران نحسب عدد الدورات N التي يدورها الدولاب حتى يتوقف عن الحركة كليا .
5.         نقيس قطر محور الدولاب d.
6.         نكرر الخطوات السابقة ولاثقال اخرى مختلفة .
7.         نحسب العزم القصور الذاتي للدولاب من خلال المعادلة (4) .
8.         ندون القراءات الخاصة بالتجربة في جدول كالتالي :

I (gm.cm2)   N (rev)          n (rev)           t (sec)            h (cm)           m (gm)
           
ملاحظات حول التجربة The details:
1-         يجب ان يكون الخيط خفيفا وقويا بحيث يتحمل الثقل المعلق .
2-         يجب ان يلف الخيط بحيث لا يحدث تراكب اللفات بعضها على بعض الاخر .
3-         لا يتم تشغيل الساعة مالم يلاحظ ان الثقل بدأ بالنزول .
4-         من الضروري تقليل الاحتكاك بوضع الزيت في مواضع التلامس .


المناقشة The discussion:
1.         عرف العزم القصور الذاتي ؟
2.         ما هي التطبيقات العمليةلدولاب الموازنة (الحذافة) ؟
3.         ماذا يحدث للطاقة الحركية عندما يفلت الخيط من الدولاب ؟
4.         ما هو تاثير كتلة الدولاب على عدد الدورات N ؟
5.         ما هي مصادر الخطأ المحتملة في التجربة ؟



المطياف و محزز الحيود

الهدف من التجربة The aim :
قياس الطول الموجي لطيف ضوء الصوديوم باستخدام المطياف و محزز الحيود .

الادوات المستخدمة في التجربة The apparatus :
1.         مطياف.
2.         محزز الحيود.
3.         منظار للرؤية.
4.         مصباح او شمعة صوديوم.
5.         مجهز قدرة خاص بالمصباح ذو قدرة 35 واط .

نظرية التجربة The theory:

عند مرور الضوء خلال محزز الحيود فانها تنقسم الى الالوان الاساسية المكونة لها (على سبيل المثال الضوء الابيض تنقسم الى الطيف المعروف ذو الالوان السبعة من البنفسجي الى الاحمر) ويمكن الاستفادة من هذه الظاهرة في حساب الاطوال الموجية لهذه الاضواء باستخدام نظرية التداخل من خلال شقين متوازيين .
ويعرف محزز الحيود بانها اداة تحتوي على حزوز دقيقة ومتقاربة ومتوازية مفصولة بمسافات متساوية وهي (d) وتعتمد وضوح الصورة على عدد هذه الحزوز حيث تزداد وضوح الصورة وابعادها عندما تكون عدد هذه الحزوز كبيرة . يتكون اثر سقوط الضوء على محزز الحيود صور عديدة , حيث عدد الصور المتكونة تساوي على الحزوز ووضوح الصورة تعتمد على عدد الحزوز وشدة الضوء الساقط على الحز . لذا نرى ان الصورة الاكثر وضوحا هي الصورة المركزية التي هي في المنتصف بسبب سقوط الضوء بشدة عالية على ذلك الحز ويتكون على يمين ويسار الصورة المركزية صور تتراوح وضوحها وشدتها من الاعلى الى الاسفل .
ومن خلال معرفة رتبة الصورة ومعرفة الزاوية الخاصة بذلك الرتبة (زاوية الحيود : هي الزاوية بين الناظر وبعد هذه الرتبة عن رتبة الصورة المركزية (1)) نتعرف على الطول الموجي للضوء بالعلاقة الرياضية التالية .

وهو يشابة قانون براغ لحيود الاشعة السينية الخاصة لمعرفة الابعاد الذرية ودراسة الترتيب البلوري للمواد:

حيث d هي المسافة بين مستويين ذريين في البلورة و n هي رتبة الحيود و = 1 , 2 , 3 , ..... n .




الخطوات العملية للتجربة The procedure :

1-         نثبت المطياف والمحزز والمصباح بالترتيب المبين في الشكل التالي (حيث ان الضوء يسقط عموديا على المحزز والمنظار موجه عمودي على المحزز ايضا) . حيث نرى اللون الوردي على شكل خط بوضوح وهو اللون الاساسي الصادر من المصباح بدون حيود .


2-         نقوم بتدوير المنظار باتجاه اليمين بلطف الا ان نرى اللون الثاني (البرتقالي او الاصفر) ونركز مؤشر (+) للمنظار في منتصف الخط ونسجل قراءة الورنية للمطياف وهي القراءة من اليمين ( ) , ومن ثم ندير المنظار باتجاه اليسار ويتوجب علينا رؤية نفس اللون (البرتقالي او الاصفر) وناخذ قراءة الورنية وهي قراءة اليسار ( ) . وتعتبر هذا اللون هو ذو الرتبة الاولى ضمن طيف ضوء الصوديوم .
3-         وللبحث عن اللون الواقع في الرتبة الثانية لطيف الصوديوم , نقوم بتدوير المنظار الى جهة اليمين ابعد من الحالة الاولى ونركز مجال الرؤية (+) على منتصف اللون وناخذ قراءتها ( ) , ومن ثم ندور المنظار الى جهة اليسار ونقرا قراءة الورنية لنفس اللون الثاني كذلك وهي ( ) .


4-         ندون القراءات الخاصة بالتجربة في جدول كالتالي :


Verneir reading ( )
Verneir reading ( )
Color
                                   Orange / yellow
                                   2nd color

5-         نجد الطول الموجي للون الاول من طيف الصوديوم ذو الرتبة الاولى (n = 1) من خلال العلاقة التالية :

حيث يمثل d البعد بين حزين متتالين في محزز الحيود و يساوي   , و N هو عدد الحزوز لكل انتش = 25000. وان 1 متر = 39.37 انتش .

6-         نجد الطول الموجي للون الثاني من طيف الصوديوم ذو الرتبة الثانية (n = 2 ) من خلال العلاقة التالية :

 المناقشة Discussion :
1-         عرف ظاهرتا الحيود والتداخل في الضوء ؟
2-         اذكر انواع المحززات الحيود , واذكر تطبيقات لظاهرة الحيود في حياتنا اليومية ؟
3-         ما هو السبب في حيود العيون وخاصة للالوان الاصفر والاخضر ؟
4-         اشرح عمل جهاز التصويربالاشعة السينية الخاص بتصوير العظام والرئتين ؟

التجربة رقم (3)
قياس البعد البؤري لعدسة محدبة

الهدف من التجربة The aim:
ايجاد البعد البؤري لعدسة محدبة لامة (مجمعة) باستخدام الطريقة البيانية.
الادوات المستخدمة في التجربة The apparatus:
1.         مصباح ضوئي عادي (12 V).
2.         عدسة لامة .
3.         ركائز .
4.         مسطرة مترية .
5.         شاخص (جسم) .
6.         شاشة .
7.         مجهز قدرة D.C للتيار المستمر .
8.         مصطبة ضوئية (optical bench)
1-         مجمعة (converging)،أوموجبةالقوة،وتمتازبأنهاأكبرسمكاًفيالوسطعنهافيالأطراف،وعادةتكونأشكالهاإمامحدبةالوجهينأومستويةمحدبةأوهلاليةموجبة.
2-         مفرقة (diverging)أوسالبةالقوة،وتمتازبأنهاسميكةعندالأطرافورقيقةعندالوسطوأشكالهامقعرةالوجهينأومستويةمقعرةأوهلاليةسالبة.


         المحورالرئيسيللعدسة: هوالخطالواصلبينمركز التكورو مركز سطح العدسة .
         مركز التكور للعدسة : وهو مركز الكرة التي يكون سطح العدسة جزء من سطح تلك الكرة .
         البؤرةالعدسة : هي النقطة التي تقع في منتصف المسافة بين سطح العدسة ومركز التكور.

فاذا وضعنا جسماً على مسافة u من عدسة بعدها البؤري هو f، وإذا اعتبرنا المسافة عن العدسة التي تتكون فيه الصورة هوv، فتتحقق العلاقة التالية المسماة بقانون العدسات :

لذا، فإذا وضعنا جسم على بعد u يكون أكبر من بعد العدسة البؤري،f، نحصل على قيمة موجبة لـv، أي أن الصورة حقيقية وتتكون من الجهة الأخرى للعدسة. معنى هذا أنه من الممكن إحضار شاشة ونصبها على بعد vمن العدسة ونستطيع عندها رؤية صورة الجسم (مكبرة أو مصغرة)، وهذا هو أساس عملية التصوير.
أما إذا كانت قيمة u أصغر من قيمة f، فتكون قيمة v سالبة، أي أن الصورة تتكون على نفس الجهة الموجود فيها الجسم، وعندها تدعى صورة وهمية، على غرار تلك التي نحصل عليها عند النظر في مرآة مستوية. بعكس الصورة الحقيقية، فلا يمكن نصب شاشة حتى نرى عليها الصورة الوهمية، ولكن إذا ما نظرنا إلى الجسم من خلال العدسة، نستطيع رؤية تلك الصورة على بعدv من العدسة، وهذا هو أساس عمل العدسة المكبرة.

 الخطوات العملية للتجربةThe procedure:

1-         نضع الجسم على بعد 85 سم من الشاشة , ومن ثم نحرك العدسة باتجاه الجسم بحيث نحصل على اكبر صورة واضحة وحادة على الشاشة حيث نقوم بتسجيل القراءات u البعد بين العدسة والجسم , و v البعد بين العدسة والصورة على الشاشة .
2-         نقدم الجسم الى الامام باتجاه الشاشة بمسافة 5 سم ونعدل في مكان العدسة حتى نحصل على اوضح واكبر صورة للجسم  وناخذ القراءات .
3-         نعيد الخطوة (2) لكل 5 سم باتجاه الشاشة ونعدل مكان العدسة في كل مرة للحصول على اوضح واكبر صورة,  وناخذ الابعاد u و v للجسم والصورة على التوالي عن العدسة .

4-         ندون القراءات الخاصة بالتجربة في جدول اخر و كالتالي :

f (cm) 1/f (cm-1)      1/v (cm-1)     1/u (cm-1)     v (cm)            u (cm)           D (cm)
                                                                       85
                                                                       80
                                                                       75
:
:

ومن خلال الرسم البياني بين قيم 1/v (cm-1) على المحور الصاديY و قيم 1/u (cm-1) على المحور السينيXونجد البعد البؤري و كالتالي .

المناقشة The discussion:
1-         قارن بين العدسات المحدبة اللامة والعدسات المقعرة المفرقة ؟
2-         اذكر اهم استعمالات العدسات في مختلف المجالات ؟
3-         عدد حالات تكون الصورة في العدسات المحدبة والمقعرة ؟
4-         هل هناك طرق اخرى لقياس البعد البؤري للعدسات ؟
5-         ما هي الطرق الفنية لصناعة وصقل العدسات ؟


التجربة رقم (4)
تحــــقيق قــــانون اوم
الهدف من التجربةThe aim :
تعد هذه التجربة محاكاة لقانون اوم (Ohm's law) واحدة من القوانين الاساسية التي تحكم الدوائر الكهربائية والذي ينص على (أن الفولتية تساوي حاصل ضرب التيار في المقاومة) .

الادوات المستخدمة في التجربةThe apparatus:
1.         مجهز قدرة (power supply) ذو التيار المستمر DC .
2.         مقاومات عدد / 2 : الاولى 10 KΩ والثانية 22 KΩ .
3.         اسلاك ربط .
4.         جهاز اوفوميتر رقمي لقياس التيار والفولتية .
5.         صندوق المقاومات .

نظرية التجربة The theory:
قانون أوم هو مبدأ أساسي في الكهرباء، أطلق عليه هذا الاسم نسبة إلى واضعه الفيزيائي الألماني "جورج سيمون أوم".فقد أجرى أوم تجارب لقياس فرق الجهد الكهربائي المطبق على دوائر كهربائية بسيطة وشدة التيار الكهربائي المار فيها، مع تغيير طول السلك المستخدم فيها.
وينص هذا القانون على أن فرق الجهد الكهربائي بين طرفي موصل معدني يتناسب طرديا مع شدة التيار الكهربائي المار فيه.

يتم تعريف النسبة الثابتة بين فرق الجهد وشدة التيار بالمقاومة الكهربائية .Rويلاحظ أن المقاومة R لموصل ما هي قيمة ثابتة ولا تتغير بتغير فرق الجهد بين طرفيه، ويعبر عن هذا المبدأ من خلال المعادلة التالية:

و يمكن رؤية العلاقة بين المتغيرات الثلاثة المقاومة والفولتية والتيار بالشكل الاتي :


الخطوات العلمية للتجربة The procedure:
1-         نربط الدائرة الكهربائية المتكونة من المقاومة الاولى  KΩ10و مصدر للقدرة DC كما في الشكل :


2-         نغلق الدائرة الكهربائية ونسلط فولتية V0 بين طرفي المقاومة ونقيس كمية التيار المار خلال المقاومة بواسطة الاوفوميتر وذلك بربطه مع الدائرة على التوالي وهي القراءة العملية والتي نقارنها بالقيمة النظرية (المساوية الى صفر بلا شك) حسب قانون اوم ونحسب نسبة الخطأ .
3-         نغير الفوليتة الى V2 على طرفي المقاومة ونقوم بقراءة التيار من الاوفوميتر بالطريقة السابقة .
4-         نستمر بتغيير الفولتية بالزيادة V2 كل مرة وناخذ قراءة التيار.
5-         ندون القراءات الخاصة بالتجربة للمقاومة الاولى KΩ10 بالجدول التالي :

Deviation     I (measured)           I (theory)      V (volt)
                                   0
                                   2
                                   4
                                   6
                                   8
                                   10
                                   12


6-         نستنبدل المقاومة الاولى بالمقاومة الثانية KΩ22 .
7-         نعيد الخطوات السابقة كما هي ونتبع الطريقة نفسها في قراءة التيار وندون القراءات الخاصة لهذه المقاومة :


Deviation     I (measured)           I (theory)      V (volt)
                                   0
                                   2
                                   4
                                   6
                                   8
                                   10
                                   12

8-         للمقاومة الاولى KΩ10 نقوم برسم بياني بين قيم الفولتية V على المحور السينيX وقيم التيار I على المحور الصادي Yومن ميل الخط المستقيم المرسوم ( ) نجد قيمة المقاومة العملية لها والتي تساوي مقلوب ميل الخط المستقيم .
9-         وكذلك الحال للمقاومة الثانية KΩ22 نرسم بياني اخر ومن ميل الخط المرسوم نجد المقاومة العملية ونقارنها بالقيمة النظرية .

المناقشة The discussion:
1-         ما هو تعريف قانون اوم ؟ وما هو سبب المقاومة الكهربائية التي تعيق مرور التيار في الاسلاك الموصلة ؟
2-         ما هي طرق قياس المقاومة الكهربائية ؟
3-         ما هي فائدة المقاومات في الدوائر الكهربائية ؟
4-         ما هو سبب ربط جهاز الاوفوميتر على التوالي مع المقاومة لمعرفة قيمة التيار المار من خلالها ؟
5-         عدد انواع المقاومات الكهربائية المستعملة في الاجهزة الالكترونية والكهربائية , والمواد المصنوعة منها ؟

تجربة الحيود بواسطة شق منفرد
الهدف من التجربة The aim:
ايجاد الطول الموجي لليزر الدايود باستخدام مبدأ الحيود من خلال شق ضيق منفرد .

الادوات المستخدمة في التجربة The apparatus:
1.         مصدر ليزري : عبارة عن ليزر دايود نقطي احمر اللون ذي الطول الموجي   .
2.         شاشة .
3.         شق منفرد .
4.         مسطرة مترية .
5.         مصطبة ضوئية (optical bench)
6.         حامل لجهاز لليزر .

نظرية التجربة The theory:

تم ملاحظة ظاهرة الحيود في الضوء لاول مرة وبدقة من قبل العالم (فرانسيسكو ماريا جيرمالدي) حيث اطلق هذه التسمية على ظاهرة تجزئة الضوء الاصلي الصادر من مصدر معين الى اجزاء مقسمة نتيجة مروره من بعض الشقوق والنتوءات الصغيرة , وتم دراسة هذه الظاهرة فيما بعد من قبل العلماء اسحاق نيوتن و جيمس جورجي وكذلك العالم توماس يونك الذي وضح بتجربته الشهيرة تداخل الضوء عند مروره من خلال شقين مزدوجين وكذلك العالم كريستيان هويكنز بالمبدأ الشهير باسمه (عنداصطداممقدمةالموجةبشقضيقيعملالشقكمصدرنقطييولدأمواجتنتشرخلفالحاجز)
وتعرف ظاهرة الحيود في الضوء بانهاانحرافاتجاهالموجةعنداصطدامهابفتحةضيقةأوحافةعائق  .معتمدا بذلك على عرض الفتحة وشكلها, لا تقتصر ظاهرة الحيود على الموجات الضوئية المرئية اذ يمكن ملاحظة هذه الظاهرة مع الموجات الصوتية والموجات الكهرومغناطيسية كالاشعة السينية والاشعة تحت الحمراء وموجات المايكرويف .



عند مرور ضوء متشاكه احادي اللون من خلال شق منفرد فان هذا الشق يقوم بتقسيمها الى مجموعة من الاهداب المعتمة والمضيئة . وذلك بسبب التداخل الذي يحصل بين حزم الضوء المنحرفة عن الجهة الاولى من الشق وبين الحزم المنحرفة عن الجهة الثانية للشق لنفس الضوء الاحادي اللون . حيث تكون الاهداب المضيئة نتيجة التداخل البنائي والاهداب المعتمة نتيجة التداخل الاتلافي (destructive interference) .

وتعرف ظاهرة التداخل بانها تراكب موجتين في وسط معين , وتعتمد على سعة وشدة الموجات المتراكبة .

عدد الاهداب المتكونة يزداد بزيادة عرض الشق , ونرى من خلال الشكل الاتي ان الزاوية بين مستوى الشق و موضع الهدب المعتم الثاني يعطى بـ   , وتمثل m الرتب المعتمة او (المضيئة في التجربة) و كذلك المسافة y بين مركز الهدب المضيء الرئيسي ومركز الاهداب المضيئة المتتالية على طرفيها حسب الرتبة (اي ym).
ومن قانون براغ للحيود :
   حيت m = 1,2,3,……
وبما ان الزاوية   عبارة عن زاوية صغيرة يمكننا ان نفرض      و 
حيث يمثل D المسافة بين الشق و الشاشة بينما a هو عرض الشق .
وبالتالي يكون معادلة الحيود للضوء الاحادي اللون من خلال الشق المنفرد الذي نجد به الطول الموجي لضوء المصدر :



ومن مزايا الليزر الذي كان السبب الاهم في اختياره في تجارب الحيود والتداخل خصوصا والتجارب البصرية عموما :

1-         الاتجاهية(directionality):
تنتج هذه الصفة مباشرة من حقيقة توضّع الوسط الفعال ضمن مجاوب ضوئي مكون من مرايا مستوية مثلاً، يكون اتجاه انتشار الأشعة محدداً وفق محور المجاوب أو قريباً منه. ويكون التباعد صغيراً جداً مقارنة مع المصادر الأخرى المعروفة مما يسمح بنقل الطاقة إلى مسافات بعيدة.
2-         الشدّة(intensity):
تنجم أشعة الليزر عن تضخيم متزايد لفوتونات واردة متطابقة تقريباً، فلا يوجد فرق في الطور بينها يؤدي لتداخل هدّام، بل يوجد تراكم للطاقة وشدة تتناسب مع عدد الفوتونات. يسمح هذا التراكم بالحصول على شدة ضوئية في واحدة السطح قادرة على صهر أقسى المواد.
3-         احادي اللون(احادي الطول الموجي) (monochromatic):
يصدر الليزر أشعة لها التواتر نفسه تقريباً ضمن مجال طيفي ضيق جداً يفرضه نمط المجاوب الضوئي. ينجم عن ذلك ضوء على درجة عالية من النقاء الطيفي المحدد بعرض مجال أقل بمليون مرة من عرض الخط الطيفي للإصدار التلقائي الموافق.


4-         الترابط الزماني والمكاني (التشاكه) (coherence):
يلخص مصطلح الترابط الزماني أن فرق الطور في أي نقطة من المجال الكهرومغناطيسي الموافق للإشعاع الليزري بين لحظة t ولحظة τ + t يبقى ثابتاً في أي لحظة من الزمن t فيقال: هناك ترابط للموجة على زمن τ. أما الترابط المكاني المثالي فيعني أن فرق الطور في أي لحظة من الزمن بين نقطتين من صدر الموجة يبقى معدوماً. وأشعة الليزر على درجة كبيرة من الترابط الزماني والمكاني؛ وهذا يعطيها الخواص الفريدة التي تسمح باستخدامها في مختلف التطبيقات .

الخطوات العملية للتجربة The procedure:
1-         نشغل جهاز الليزر ونلاحظ الضوء النقطي الاحمر الصادر منه بوضوح.
2-         نعدل في موضع الشق الاحادي بحيث يمر ضوء الليزر من خلاله وتسقط الضوء المحيد على الشاشة .
3-         نحرك في مكان الشق بحيث نحصل على اوضح صورة للاهداب المتولدة على الشاشةونقوم بحساب المسافة بين الشاشة والشقD .
4-         والان نقوم بتحديد مكان الهدب المضيء الرئيسي الذي ينصف الاهداب الاخرى ونحدد اماكن الاهداب الاخرى على طرفيها بدقة وبقلم رفيع , ونقوم بحساب المسافات بين الاهداب المضيئة و الهدب المركزي الرئيسي حسب الرتبة (m = 1,2,3,4,.......).
5-         ندون القراءات الخاصة بالتجربة في جدول كالتالي :

6-         نرسم بياني بين قيم m على المحور السينيX و قيم y على المحور الصاديY ومن الميل ( ) نحسب الطول الموجي الخاص بالضوء (الاحمر) الصادر من الليزر بتطبيقه في المعادلة :

حيث a = 0.05 mm (قطر الشق) و D (البعد بين الشق والشاشة) .

7-         يمكن من خلال هذه التجربة ايجاد نصف قطر لسك رفيع وذلك بجعل ضوء الليزر النقطي احادي اللون يسقط عليه بحيث يتماثل نسبة الاضاءة في كلا جانبيه , وتعديل المسافة بين السلك والشاشةD لتتضح صورة الاهداب اكثر ثم نقوم بحساب البعد بين هدبين متتالين من نفس الرتبة (y) ونطبق المعادلة التالية .


المناقشة The discussion:
1-         ما هي شروط الحصول على التداخل (تراكب الموجات) ؟
2-         هل يحدث تداخل للضوء الابيض اذا استخدم في تجربة الحيود بالشق المنفرد ؟
3-         لماذا تكون الهدب المركزي مضيء دائما ؟
4-         اذا كان البعد بين الشاشة والشق 2  m, وسمك الشق 0.5 mm جد الطول الموجي اذا كان y = 2 mmوللرتبة الاولى
5-         اكتب عن تطبيقات اخرى لليزر في مجالات مختلفة (الطب والصناعة والتوجيه والارصاد ,...... والخ) ؟
التجربة رقم (6)
ربط المقاومات على التوالي
الهدف من التحربة The aim:
تهدف هذه التجربة ربط المقاومات الكهربائية على التوالي في دائرة كهربائية.

الادوات المستخدمة في التجربة The apparatus:
1.         مجهز قدرة (power supply unit) للتيار المستمرDC .
2.         ثلاث مقاومات : KΩ(1 و 2.2 و4.7) .
3.         اسلاك ربط .
4.         جهاز (الاوفوميتر) لقياس التيار والفولتية .
5.         صندوق المقاومات .
التجربة رقم (1)
العزم القصور الذاتي لدولاب الموازنة (Flywheel)
الهدف من التجربةThe aim:
تعيين العزم القصور الذاتي لدولاب الموازنة (flywheel) .

الادوات المستخدمة في التجربة The apparatus:

1.         دولاب الموازنة (الحذافة - flywheel) .
2.         خيط .
3.         اثقال مختلفة .
4.         مسطرة مترية .
5.         ساعة توقيت .
6.         قدمة (vernier) .


نظرية التجربة The theory:

الغرض من توصيل المقاومات على التوالي هو الحصول على مقاومة كبيرة من مجموعة من المقاومات الصغيرة ، حيث توصيل هذه المجموعة بالشكل رقم (1) لتكون بمثابة ممر واحد متصل للتيار الكهربائي.
تعرف دائرة ربط المفاومات على التوالي من ابسط الدوائر الكهربائية ذو سلسلة مغلقة واحدة تتكون من مجموعة من المقاومات مربوطة على شكل متتالي تمر فيها نفس مقدار من التيار في كل جزء من اجزاء الدائرة . وحسب قانون اوم فان مجموع الفولتيات في الدائرة الكهربائية لربط التوالي تساوي فولتية المصدر :

ومنه وبتعويض قانون اوم يمكن ان نجد :


لكون التيار المار خلال الدورة المتسلسلة المربوطة عناصرها على التوالي هي نفسها لكل عنصر من عناصر هذه الدورة .

ويمكن ان نلخص خصائص ربط المقاومات على التوالي :
1.         المقاومة : تكون قيمة المقاومة كليه هي مجموع قيم المقاومات.
2.         التيار: قيمة التيار متساوية في أي نقطة . وعن طريق قانون أوم نستطيع الحصول علي قيمة التيار المار في الدارة .
3.         الفولتية: تفقد من جهدها على حسب قيمة المقاومات ، وتكون قيمتها الكلية هي مجموع الفولتيات المفقودة في كل مقاومة .


الخطوات العملية للتجربة The procedure:

1.         نربط المقاومات الثلاثة الاولى KΩ1 مع المقاومة الثانية KΩ2.2 مع الثالثة KΩ4.7 على التوالي حسب الدائرة الموضحة .
2.         نجهز الدائرة الكهربائية بفولتية V10 من مجهز القدرة (power supply) .
3.         نحسب قيم المقاومات المربوطات على التوالي واحدة تلو الاخرى ونقارنها بالقيمة النظرية ونقيس قيمة المقاومة الكلية كذلك ونقارنها بقيمتها النظرية .

4.         نحسب قيمة الفولتية على طرفي كل مقاومة وذلك بربط جهاز الاوفومتير على التوازي مع كل مقاومة اولا , ومن ثم ربط الجهاز الاوفوميترعلى التوازي مع الدائرة كلها لحساب القيمة العملية للفولتية الكلية للدائرة , وبعدها نجمع الفولتيات الثلاثة للمقاومات الثلاث ( ) والتي تساوي او قريبة الى الفولتية المحهزة (V10) ونقارن بينهما.
5.         بعد حساب قيمة الفولتيات والمقاومات العملية يمكن ايجاد التيار بطريقتين :
اولا : من خلال قانون اوم حيث قيمة التيار العملي = قيمة االفولتية العملية / قيمة المقاومة العملية .
ثانيا : بالطريقة المباشرة وذلك بربط جهاز الاوفوميتر على التوالي مع كل مقاومة على حدة ويجب ان يكون قيمة التيار المار خلال كل مقاومة مساوية الى التيار الكلي المار خلال الدائرة  .

6.         ندون القراءات الخاصة بالتجربة في جدول كالتالي :

Vmeasured (V)       Vtheory (V) Imeasured (mA)     Rmeasured (KΩ)    Rtheory (KΩ)          
                                               1          R1
                                               2.2       R2
                                               4.7       R3
Vtot  =           Vtot  =           Itot  =            Rtot =            Rtot =           



المناقشة The discussion:
1-         هل هناك طريقة او طرق اخرى لربط المقاومات في الدوائر الكهربائية ؟ اشرح ذلك ؟
2-         ما هي الفائدة من ربط المقاومات على التوالي مع عناصر الدائرة الاخرى ؟
3-         لماذا يربط جهاز الاوفوميتر على التوالي مع المقاومة لقياس التيار المار خلاله ؟
4-         دائرة كهربائية بسيطة متكونة من مقاومتين (الاول قيمتها 2 والثانية R مجهولة القيمة يراد معرفتها) ربطت الدائرة الى مصدر (12 V) فانساب تيار كهربائي في الدائرة (2A) , احسب :
           قيمة المقاومة المجهولة R
           فرق الجهد على طرفي كل مقاومة .

5-         ما هي العوامل التي تؤثر على قيمة المقاومة الكهربائية ؟



تحقيق قانون هوك (Hook's law)
الهدف من التجربة The aim:
1.         تحقيققانونهوكوحسابثابت الاستطالة للنابض .
2.         حساب ثابت التعجيل الارضي من الحركة التوافقية الاهتزازية لكتلة معلقة من نهاية النابض .

الادوات المستخدمة في التجربة The apparatus:
1.         نابض حلزوني , عدد / 2 .
2.         اوزان (اثقال مختلفة) .
3.         مسطرة مترية .
4.         ساعة توقيت .
5.         حامل + ماسك .
6.         مؤشر .

حيثY معامليونج،A مساحةمقطعالنابض،لذافإن :

معامل يونج (Y) أو معامل المرونة الطولي للنابض :  هو نسبة الإجهاد إلى الانفعال  (المطاوعة)، ويعطى من العلاقة التالية:
معامل يونج للمرونة E=الإجهاد S / الانفعال
حيث ان الاجهاد E = القوة المسلطة على المساحة
والانفعال (المطاوعة) S = التغير في الطول الى الطول الاصلي .
ووحدة معامل يونج هي: نيوتن/م²
الخطوات العملية للتجربة The procedure:
الجزء الاول : تحقيققانونهوكوحسابثابت الاستطالةللنابض :

1-         نعلق النابض من مكان التعليق ونعلق حامل الاوزان حيث نرى ان المؤشر عند قراءة معينة على المسطرة وهي القراءة الصفرية بدون اثقال (L0) .
2-         نبدأ باضافة الاثقال تدريجيا حيث نحسب الازاحة التي يسجلها قراءة مؤشر النابض الى الاسفل عند اضافة اي ثقل (L).
3-         نجد مقدار استطالة النابض لكل ثقل وهي الفرق بين قراءة مؤشر النابض للثقل والقراءة الصفرية (X = L – L0)
4-         ندون القراءات الخاصة بالتجربة في جدول كالتالي :

X = L – L0 (cm)        L (cm)            m (gm)
           


5-         نرسم بيانيا بين قيم الاستطالةx على المحور الصاديY وقيم الاثقالm على المحور السينيX ويكون الميل
( )
والذي نجد من خلاله قيمة ثابت استطالة النابض بوحدات (dyn/cm) النابض بالمعادلة التالية :
 الجزء الثاني : حسابثابت تعجيل الارضيمنالحركةالاهتزازيةلكتلةمعلقة فينهاية النابض :

1-         بداية نعلق ثقل معين في النابض ونقوم بسحب النابض الى الاسفل ازاحة قليلة عن موضع اتزانها ثم نتركها تهتز , فاذا كان الاهتزاز سريعا نوقفها عندئذ ونقوم بزيادة الاثقال ونعيد الازاحة ونتركها تهتز ونستمر في المعايرة لكي نحصل على حركة توافقية اهتزازية بطيئة مناسبة .
2-         بعد هذه المعايرة نبدأ بالتجربة الان حيث نسجل قيمة الاثقال المضافة التي حققت شروط الحركة (في الخطوة الاولى) ونزيح النابض الى الاسفل ازاحة قليلة ونتركها تهتز (تتذبذب) ذهابا وايابا الى الاعلى و الاسفل مرورا بموضع اتزانها وبواسطة ساعة التوقيت نحسب زمن 20 ذبذبة .
3-         نزيد الاثقال المعلقة في النابض ونسحبها مرة اخرى ونتركها تتذبذب ونسجل زمن 20 ذبذبة .
4-         نكرر الخطوة (3) باضافة اثقال وبمعدل ثابت ونسجل زمن 20 ذبذبة لكل مرة .
5-         ندون القراءات الخاصة بهذا الجزء في جدول كالتالي :

T2 (sec2)      T = t20(sec) / 20   t20(sec)        m (gm)
           
6-         نرسم بيانيا بين قيم الاثقال m على المحور السينيX و قيم T2 على المحور الصاديY ومن ميل الخط ( ) نجد قيمة ثابت استطالة النابضالثاني بوحدات (gm/sec2) بالمعادلة التالية :
 المناقشة The discussion:
1.         ما هو نص قانون هوك لاستطالة النابض ؟
2.         اثبت ان (dyn/cm) يساوي (gm/sec2) والتي هما من وحدات ثابت استطالة النابض؟
3.         عرف المصطلحات التالية : 1- المرونة    2- الاجهاد     3 - معامل يونج .
4.         ماذا يحصل لو قمنا بتعليق اثقال كبيرة من النابض (الخاص بالتجربة) ؟ او قمنا بسحبه من الاسفل بقوة كبيرة ؟
5.         لوقمنابإجراءهذهالتجربةعلىسطحالقمر،هلتتوقعالحصولعلىنفسالزمنالدوري لذبذبة النابض؟

التجربة رقم (8)
جريان الماء خلال الانابيب الشعرية
الهدف من التجربة The aim:
دراسة جريان الماء خلال الانابيب الشعرية للتعرف على منحني الانحلال ودراسة العمر النصفي .

الادوات المستخدمة في التجربة The apparatus:
1.         اسطوانة مدرجة بطول (1 m) ونصف قطر (1.25cm) .
2.         انابيب مطاطية .
3.         انابيب شعرية عدد 2 .
4.         ساعة توقيت .
5.         حامل + ماسك الاسطوانة + ماسك القرص (nipper) للانابيب المطاطية .
6.         كاس (beaker) .

نظرية التجربة The theory:
يتناسب معدل الانحلال لاية كمية فيزيائية طرديا مع مقدار الكمية نفسها , ففي هذه التجربة حيث يتناسب معدل نزول ارتفاع الماء dh/dtفي الاسطوانة مع ارتفاع الماء h , ويمكن كتابة العلاقة الرياضية لهذا المفهوم كالتالي :

وبترتيب الحدود                                                    
        (حيث   كمية ثابتة)
وبالتكامل                                                      

    (حيث   )
ويمكن كتابة المعادلة الاخيرة كالتالي :

والذي يمكن تمثيلها بخط مستقيم ميله سالبة القيمة . ويمكن ايضا ايجاد العمر النصفي T1/2 اذا اعتبرنا بان قيمته هو الزمن عندما
  , وبتعويضه في المعادلة تصبح بالشكل النهائي الاتي :

والعمر النصفي (half life) هو :                          
الخطوات العملية للتجربة The procedure:

1-         نرتب التجربة بالشكل الاتي ونقوم بملا الاسطوانة بالماء الى حد 5 cm من  الاعلى (اي 95 cm من طول الاسطوانة), ونقوم بمنع تدفق الماء من الانابيب الشعرية بضبط مقرص الانبوب المطاطي .
2-         نحسب الارتفاع h بين مستوى الماء في الاسطوانة المدرجة و مخرج الماء والذي هو فوهة الانبوب الشعري الذي يصب في الكاس (beaker) .
3-         والان نقوم بفتح مقرص الانبوب المطاطي (nipper) لمدة 5 ثانية , ونسده مباشرة بعدها باحكام لعدم تسرب الماء والذي يؤثر على القراءات . وناخذ مقدار ارتفاع الماء h .
4-         نعيد الخطوة الثانية لـ 5 ثوان اخرى ونحسب مقدار ارتفاع الماء h .
5-         ندون القراءات الخاصة بالتجربة في جدول كالتالي .

Log10 h (cm)          h (cm)           t (sec)
                        0
                        5
                        10
                        15

6-         يمكن اجراء التجربة بطريقة اخرى :

           بعد ان ملانا الاسطوانة المدرجة بالماء واخذنا قراءة ارتفاعها h .
           نقوم بفتح مقرص الانبوب المطاطي (nipper) ونبدأ بتشغيل الساعة على الفور ونحسب الزمن لكل 5 ثوان , وناخذ قراءة ارتفاع الماء h , اي يكون القراءة عند الازمنة (0 و 5 و 10 و 15 و ......60) ثانية .
7-         لرؤية منحني الانحلال نرسم بين قيم h على المحور الصادي و قيم الزمن t على المحور السيني ونجد العمر النصفي للماء بالطريقة الموضحة في الشكل التالي :


8-         نرسم بياني اخر بين قيم لوغارتيم h على المحور الصاديY و قيم t على المحور السينيX بالشكل التالي :

ومن الميل ( )نجد العمر النصفي :
 المناقشة The discussion:
1-         ما هو تعريف العمر النصفي ؟
2-         اين يمكن ان نجد مفهوم العمر النصفي ومنحني الانحلال ضمن العلوم والمجالات الاخرى ؟
3-         ما هو معنى ان العمر النصفي لدواء معين هو 30 ساعة على سبيل المثال ؟
4-         هل يمكن استخدام الادوات المستخدمة في التجربة وترتيبها بشكل نستطيع من خلالها اجراء تجربة اخرى ؟

ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق