سرعة الصوت
ثمّة طرق عدّة يمكن بها قياس سرعة الصوت ، و من أبسطها حساب الزمن الذي يستغرقه
الصوت في قطع مسافة معيّنة :
نسجل العلاقة : السرعة =
لقد قيست سرعة الصوت في الهواء بطريقة مباشرة لأوّل مرّة في فرنسا سنة :
1837م ، و جرى تحسينٌ على الطريقة المتّبعة
عام : 1882م ؛ فقد وضع مدفع على كلٍّ من تلّتين تبعدان عن بعضهما كم ، و كان كلّ مدفع يطلق طلقات متتالية تفصل بينها
خمس دقائق ، و يعيّن مراقبون على كلّ تل الزمن الذي يفصل بين رؤية الضوء و سماع الصوت
عند كلّ طلقة ، مستخدمين آلات حسّاسة ( دقيقة ) . و لقد أمكن بهذه الطريقة تصحيح الخطأ
الناشئ عن تأثير الرياح .
و لقد وجد أنّ متوسّط الزمن الذي استغرقه الصوت للانتقال بين التلتين هو
: ثانية . و عليه ، فإن سرعة الصوت في الهواء
هي :
18112 ÷ 54.7 = 331 م / ث ( كانت درجة الحرارة وقت إجراء التجربة صفر مئويّة
) و لقد لوحظ بعد تكرار إجراء قياس سرعة الصوت أنّ سرعة الصوت في الهواء تزداد مع ارتفاع
درجة الحرارة ، و ذلك نتيجةً لزيادة حركة جزيئات الهواء .
و تبلغ الزيادة في سرعة الصوت في الهواء نتيجة ارتفاع درجة الحرارة حوالي م / ث للدرجة الواحدة المئوية .
كم تبلغ سرعة الصوت في الهواء عند
درجة الحرارة مئوية ؟
........................................................................................................
و كم تبلغ سرعة الصوت عند درجة حرارة مئوية ؟
..........................................................................................................
و لقد استطاع العلماء أيضاً قياس سرعة الصوت في بعض المواد المختلفة
عند مقارنة سرعة الصوت بسرعة الضوء نجد أن الصوت أبطأ كثيراً من الضوء ، حيث
تبلغ سرعة الضوء 300000000 م / ث .
و هذا الذي يفسر عدداً من المشاهدات التي تمرّ بنا مثل :
1- رؤية البرق قبل سماع صوت الرعد بفترة زمنية تصل إلى بضع دقائق ، بحسب ارتفاع
موضع شرارة البرق .
2- كما أنّ العامل الذي يطرق خشبا فوق أحد المباني البعيدة نسبياً نراه و هو
يهوي بالمطرقة على الخشب ، و بعد زمن يسير نسمع صوت الطرق .
تجربة:
نحتاج إلى : حجرين مناسبين ، ساعة إيقاف .
خطوات العمل :
يقف فرد من أحد مجموعتنا بعيداً عنا ، ثمّ يرفع الحجرين بيديه و يضرب أحدهما
في الآخر ، و في اللحظة نفسها التي نرى فيها الحجرين يصطدمان نشغّل الساعة ، و عند
لحظة سماعنا للصوت نوقف الساعة .
نكرر ذلك العمل عدداً من المرات و
نسجل الزمن في كلّ مرّة ، و نحسب متوسّط قراءتنا .
نقيس المسافة التي قطعها الصوت .
ثم نطبق علاقة السرعة .
بإمكاننا أيضاً تحديد سرعة الصوت
بعد معرفتنا لدرجة الحرارة .
نقارن نتائجنا العملية بنتائجنا الحسابية
.
لاحظنا أنه تم الاعتماد في تحديد زمن انطلاق موجات الصوت في الطريقة السابقة
على رؤية نار المدفع ، و حيث أنّ الضوء يستغرق زمناً في انتقاله من موقع الإطلاق إلى
موقع الرصد ، فإن ذلك يعني أنَّ رصد الزمن يتأخّر قليلاً عن وقت حدوث الصوت ، و بالتالي
فليس الزمن الذي تحسبه الساعة جميع الزمن الذي يستغرقه الصوت في انتقاله بين موقع الإطلاق
و بين موقع الرصد ، و من أجل ذلك فلنحسب الوقت الذي يستغرقه الضوء لقطع المسافة السابقة
:
المسافة : 18112 متراً ، سرعة الضوء = 300000000 م / ث
إذاً : الزمن الذي يحتاج إليه الضوء ليقطع هذه المسافة = المسافة ÷ السرعة
= 18112 ÷ 300000000 = ثانية
عند مقارنة هذا الزمن بالزمن الذي يستغرقه الصوت في قطع المسافة نفسها نجد أنه
ضئيل جداً ، و يمكن إهماله دون التأثير في النتيجة النهائية .
اختلاف سرعة الصوت في المواد
تجربة:
نحتاج إِلى : مسطرة فولاذيّة بطول 50 سم ( يمكننا استخدام مسطرة خشبيّة بدلاً
عنها (
نضع أحد طرفي المسطرة على الأذن مباشرة ، ثمّ ننقر على الطرف الآخر .
• نكرّر النقر حتى نتأكد من وضوح
الصوت .
• هل نسمع صوت النقر بوضوح ؟
......................
• ما الوسط الذي ينتقل فيه الصوت
إِلى الأذن ؟
و الآن : نبعد المسطرة عن الأذن ، و نجعل أحد طرفيها على بعد 50 سم تقريباً
من الأذن ، ثمّ ننقر عليه بنفس قوّة النقر السابقة .
• ما الوسط الذي ينتقل فيه الصوت
إِلى الأذن في هذه الحالة ؟ .................................................
• في أيّ الحالتين كان الصوت أوضح
، يوم كان الصوت ينتقل في المسطرة أم حينما انتقل في الهواء ؟ .........
• ماذا نلاحظ ؟ .
تجرية:
نحتاج إِلى : حوض زجاجي كبير ( حوض أسماك ) ، ماء يكفي لملء الحوض تقريباً ،
حجرين
خطوات العمل :
نطرق الحجرين داخل الحوض ، و نضع الأذن على جدار الحوض من الخارج .
نكرّر العمل ، و نلاحظ وضوح صوت اصطدام الحجرين .
و الآن : نخرج الحجرين و نطرقهما ببعض خارج الماء ، و بالقوّة نفسها على أن
تكون المسافة بين الحجرين والأذن هي ذاتها المسافة في الحالة الأولى .
في أيّ الحالتين يكون الصوت أوضح ؟
.......................................
علام يدلّ ذلك ؟
..............................................................
لقد اكتشف النّاس اختلاف وضوح الصوت المنتقل في المواد الجامدة عنه في الهواء
، و استفادوا من ذلك ، حيث كانوا يلجأون إلى وضع آذانهم على الأرض لسماع وقع أقدام
الخيل القادمة من بعيد . ما السرّ وراء هذا الاختلاف ؟
يوضّح هذا النشاط سبب اختلاف سرعة الصوت في المواد المختلفة ، و كما نعلم فإِنّ
كلاً من الجوامد و السوائل و الغازات تتألّف من جزيئات ، ففي حالة المواد الجامدة تكون
الجزيئات متقاربةً جداً ، فتكون سرعة الصوت فيها كبيرة جداً ، في حين تكون جزيئات المادّة
الغازيّة متباعدة ، ممّا يجعل سرعة الصوت فيها أدنى بكثير من سرعته في الجوامد .
انعكاس الصوت
ينعكس الصوت على الأسطح الصلبة وعندما يعاد سماعه مرة ثانية تسمى ظاهرة انعكاس
الصوت بالصدى
انعكاس الصوت [ هو ارتداد الموجات الصوتية عندما تقابل سطحا عاكسا- [ Reflection
of Sound
الصدى- Echo
هو ظاهرة تكرار سماع الصوت الناشيء
عن الانعكاس
شروط سماع صدى الصوت
الإحساس بالصوت في الأذن البشرية يستمر 0.1 ثانية ولذلك عند وصول الصدى للأذن
قبل مضي 0.1 ثانية فإنه يمتزج بالصوت الأصلي وبالتالي لا يمكن تميزه ولكن إذا وصل بعد
مضي 0.1 ثانية فإن الصدى يسمع ولذلك فإن اقل مسافة يحدث عندها صدى لسطح عاكس هي مسافة
17 متر
بما أن سرعة الصوت = 340 م / ث
إذا المسافة = 0.1 × 340 / 2 = 17 ذهابا وإيابا
من تطبيقات استخدام صدي الصوت:
السونار
السونار أو Sonar
هي تقنية انتشار الصوت وتستخدم عادة في البحر لاكتشاف ماتحت الماء وعمل الإتصال وكشف الآثار أو الأجسام تحت البحر
وأيضا مايسمى الكشف الصوتي (acoustic location). وقد كان يستخدم قبل اكتشاف الرادار
تقوم فكرة السونارعلي ارسال نبضة صوتية من الجهاز الراسل و تبدا هذه النبضة
من الانتشار في الوسط و عند تصادم الصوت بأحد
الأجسام يحدث له إنعكاس و يعود مرة إخري إلي مصدر الإرسال و يتم استقباله بجهاز مستقبل.
يتم حساب الوقت المستغرق من ارسال الصوت إلي وصوله و بمعرفة سرعة الصوت فى هذا الوسط
يتم حساب المسافة التي بين المرسل و الجسم الذي تصادم به الصوت فيتم معرفة المسافة
بينهم.
الحركة الموجية الكهرومغناطيسية : هي الحركة التي لا تحتاج إلى وسط مادي لكي تنتشر بل يمكنها الانتشار في الفراغ وتنشأ من اهتزاز
مجالات كهربائية ومغناطيسية من أمثلتها حسب التردد ( موجات الراديو – الضوء – أشعة
جاما ) وهناك نافذة صغيرة من الترددات الموجية تحس بها أعين الكائنات الحية، وهو مايسمى
بالطيف المرئي أو الضوء.
تولد الإشعاع الكهرومغناطيسي
تنقسم الأشعة الكهرومغناطيسية إلى قسمين :
طبيعية وصناعية
ولكنهما متماثلين في خواصهما .
اللأشعة الكهرومغناطيسية الطبيعية مثل الضوء والأشعة السينية التي تنتج من أغلفة
بعض الذرات ،وأشعة جاما التي تصدر من أنوية الذرات ذات النشاط الإشعاعي.
اللأشعة الكهرومغناطيسية التي ولدها الإنسان :
تبث الدوائر الكهربائية التي تحمل تيارات متذبذبة عالية التردد أشعة كهرومغناطيسية
على هيئة مجالين يتعامدان على بعضهما, أحدهما كهربائي والأخر مغناطيسي, ويتعامد مستوى
أحدهما على مستوى الأخر. المجال المغناطيسي المتغير يولد المجال الكهربائي, كما أن
المجال الكهربائي المتغير يولد المجال المغناطيسي.
الطاقة كهرومغناطيسية
أثبت العالم الألماني ماكس بلانك عام 1900 من خلال دراسته لإشعاع الجسم الأسود
أنه توجد علاقة بين طاقة الشعاع وطول موجته. فإذا رمزنا لطول الموجة شعاع ب (λ) فإن الطاقة المقترنة بها( E ) طاقة الشعاع
تعطى بالعلاقة :
E = h c / λ
حيث h ثابت طبيعي يسمى ثابت
بلانك،
و c سرعة الضوء في الفراغ
(وهي أيضا ثابت طبيعي (
كما أن الطاقة ترتبط مع التردد بالعلاقة التالية:
E = h ν
حيث ν التردد.
كما يرتبط تردد موجة كهرومغناطيسية بطول موجتها بالعلاقة (المعروفة أيضاً عن
الصوت):
λ. ν = c
حيث c سرعة الضوء في الفراغ.
الضوء
الضوء : موجات كهرومغناطيسية تنتقل في الفراغ بسرعة تساوي 300 ألف كيلومتر في
الثانية وتتوقف طاقة موجات الضوء على تردد هذه الموجات فكلما زاد تردد موجة الضوء زادت
طاقتها.
والضوء الأبيض خليط من ألوان الطيف وهي مرتبة تصاعديا حسب التردد ( أحمر - برتقالي
- أصفر - أخضر - أزرق - نيلي - بنفسجي )وتعتبر الشمس أكبر مصدر للطاقة الضوئية
طبيعة الضوء
مقدمة تاريخية : بما أن الضوء يملك طاقة وينقلها في الفضاء وبما أن الطاقة تنقل
إما بالأجسام أو بالموجات إذا يوجد فرضيتين حول طبيعة الضوء هما ( النظرية الجسيمية
- الدقائقية - لنيوتن ) ( النظرية الموجية للعالم الهولندي هيجنز ) ولكن لم تسطع هاتين
النظريتين تفسير جميع الظواهر البصرية مما استوجب وضع نظرية توحد بين الخواص الموجية
والجسيمية للضوء هي النظرية الكمية ونذكر هنا بلانك واينشتين وبوهر
كيف ترى العين الأشياء
في غرفة مظلمة تماماً ، هل ترى العين الأشياء ؟
....................................................
علام يدلّ ذلك ؟
...................................................................................
تري العين اي جسم عن طريق سقوط الضوء
علي هذا الجسم ثم ينعكس الضوء ليصل إلي العين فنري الجسم، أما فى الظلام فلا يوجد أي
ضوء ليسقط علي الأجسام فينعكس إلي أعيننا لنري.
الأجسام المضيئة و الأجسام غير المضيئة :
لنتأمّل في مجموعة الأجسام التالية :
الشمس ، النجوم ، الشمعة المشتعلة ، الكتاب ، القلم ، المرآة .
أيٌّ منها يبعث الضوء من ذاته ؟
..................................................................................
و أيٌّ منها لا يبعث الضوء من ذاته ؟
............................................................................
كيف نرى الأجسام غير المضيئة ؟
..............................................................................
هل القمر جسم مضيء أم عاكس للضوء ؟
القمر جسم معتم غير مضيء بذاته ، و إِنما يعكس الضوء الذي يسقط عليه من الشمس
.
نحن نرى الجزء المضيء من القمر، و عندما نستخدم منظاراً فلكياً نستطيع رؤية
الجزء المظلم منه بوضوح
تنقسم الأجسام من حيث إصدارها للضوء إلى قسمين :
أجسام مضيئة : و هي تبعث الضوء من ذاتها مثل الشمس .
أجسام غير مضيئة : و هي تعكس الضوء الساقط عليها مثل المرآة ، الكتاب .
و لنتأمل في قوله تعالى :
[ سورة الواقعة ]
ماذا يشغل الحيز بين تلك الأجرام ؟
تؤكد المعلومات الفلكية أن هناك فراغاً بين تلك الأجرام ، حيث لا أثر تقريباً
لأي مادة .
كيف ينتقل الضوء إذاً ؟
إن وصول ضوء الشمس إلينا دليل على أن الضوء لا يحتاج إلى وسط مادي لانتقاله
؛ لأنه بكل تأكيد سيعبر مناطق بيننا و بين الشمس تخلو من المادة تقريباً .
الشعاع الضوئي
تنتشر الأمواج الضوئية من لهبة الشمعة في جميع الاتجاهات ، فتأخذ شكل كرة مركزها
اللهبة ، حيث تتسع تلك الكرة الضوئية تدريجياً فينتشر الضوء في الفضاء
يوضح السهم الخط الذي تسلكه إحدى النقاط عند اتساع كرة الضوء .
لقد اصطلح على تسمية ذلك السهم بالشعاع الضوئي .
كما تدعى مجموعة الأشعة المتوازية المنبعثة في اتجاه واحد حزمة ضوئية
الطيف المرئي
تجربة عملية
( نحتاج إِلى ضوء الشمس عند إِجراء هذا النشاط )
كما نحتاج إِلى : حوض به ماء ، مرآة ، ورقة مقوّاة ، مشرط ، ورقة بيضاء كبيرة
.
خطوات العمل :
نصنع شقاً مستطيلاً في الورقة .
نثبت المرآة داخل الماء بصورة مائلة
و وجهها العاكس إِلى الأعلى .
نسقط على المرآة حزمة ضوئية باستخدام
الورقة .
نحرّك المرآة لتسقط الأشعة المنعكسة
على الورقة البيضاء الكبيرة .
نحاول أن ننجح في إِظهار الطيف الملوّن
على الورقة البيضاء
إذا نجحنا في ذلك فقد نجحنا في تحليل ضوء الشمس إلى مكوّناته اللونية ، و هذا يعني أن ضوء الشمس ليس ضوءاً بسيطاً
، بل إنه مركب من سبعة أنواع من الأشعة ، لكل شعاع منها طول موجي يخصه ، و في شعاع
الشمس تمتزج هذه الأشعة فنراه باللون الأبيض المصفر .
يمكننا أن نرى هذه الألوان أيضاً في
بعض ظروف الطقس ، فبعد المطر مباشرة نراها إِذا كانت الشمس مشرقة بالطبع .
كما يمكننا أن نراها على سطح الماء
عند سكب قليل من الكيروسين عليه ، ثم انعكاس ضوء الشمس عليه .
كما يمكننا أيضاً أن نراها عندما نصنع
بالونة من رغوة الصابون و نعرّضها لأشعة الشمس .
تدعى هذه السلسلة من الألوان : الطيف المرئي .
مسار الضوء
نحتاج إِلى : ثلاث قطع من الورق المقوى
، شمعة .
خطوات العمل :
نطابق الورقات الثلاث ثم نثقب كلاً
منها .
نضع الورقات الثلاث أمام الشمعة ،
ثم نشعل الشمعة ، و نحاول أن تكون الثقوب الثلاثة و لهب الشمعة على استقامة واحدة .
ننظر إِلى الشمعة من خلال الثقب البعيد
عنها .
ماذا نشاهد ؟
…………………………………………………………………………………
نزيح إِحدى الورقات الثلاث ، ثم نحاول
أن ننظر إِلى لهب الشمعة .
ماذا نلاحظ ؟
……………………………………………………………….
ماذا نستنتج ؟
……………………………………………………………….
يبين ذلك النشاط و غيره أنّ الموجات الضوئية تسير في خطوط مستقيمة .
و هنالك بعض الظواهر الأخرى تدل أيضاً على أن الأشعة الضوئية تسير في خطوط مستقيمة
.
لنذكر بعض الظواهر الطبيعية التي تدل على ذلك .
مثل : كسوف الشمس
كسوف الشمس هي ظاهرة فلكية تحدث عندما
تتوضع الأرض والقمر والشمس على استقامة واحدة تقريبا ويكون القمر في المنتصف
أي في وقت ولادة القمر الجديد عندما يكون في طور المحاق مطلع الشهر القمري بحيث يلقى
القمر ظله على الأرض وفى هذه الحالة إذا كنا في مكان ملائم لمشاهدة الكسوف سنرى قرص
القمر المظلم يعبر قرص الشمس المضئ.
انعكاس الضوء
( يفضل إِجراء هذا النشاط في غرفة مظلمة )
نحتاج إِلى : كشّاف ضوئي ، مرآة مستوية .
خطوات العمل :
نثبِّت المرآة في وضع رأسي ، و نقف
أمام وجهها الصقيل ، ثم نضيء الكشّاف و نسلط ضوءه على المرآة .
ماذا نلاحظ ؟ ...............................
...............................................
نطلق على ارتداد الشعاع الضوئي على
السطح اسم : انعكاس الضوء .
كما نطلق على السطح الذي ترتدّ الأشعة عليه اسم : السطح العاكس .
و نطلق على الأشعة التي تنبعث من الكشّاف لتسقط على السطح العاكس اسم : الأشعة
الساقطة . كما نطلق على الأشعة التي ترتد عن السطح العاكس اسم : الأشعة المنعكسة .
( يفضل إِجراء النشاط في غرفة مظلمة )
نحتاج إِلى : كشّاف ضوئي ، مرآة مستوية ، ورقة بيضاء ، حوض به ماء .
خطوات العمل :
نسلط ضوء الكشاف على المرآة بوضع مائل
هل يمكننا رؤية ضوء مصباح الكشّاف
? ……………………………………………………………
هل يمكننا استقبال حزمة الأشعة المنعكسة
على حاجز ؟
نحاول ثم نسجل النتيجة .
……………………………………………………………………
لنتأمل مسار الحزمة الضوئية الساقطة
، و نقارنها بالحزمة الضوئية المنعكسة .
ثم نحاول أن نرسم شكلاً يوضح : حزمة الضوء الساقطة ، و حزمة الضوء المنعكسة
، و السطح العاكس ، و نكتب بيانات الرسم عليه .
و الآن : نستبدل المرآة بالورقة البيضاء
، ثم نسلط عليها الأشعة بنفس الطريقة السابقة .
هل يمكننا استقبال حزمة الأشعة المنعكسة على حاجز ؟ ………………………………………………
لنحاول ثم نسجل النتيجة . …………………………………………………………………………
ما الفرق بين انعكاس أشعة الضوء على المرآة المستوية ، و انعكاسها على الورقة
؟
لتقريب إِجابة هذا السؤال ، يمكننا تسليط ضوء المصباح على سطح الماء في الحوض
. هل يمكننا استقبال حزمة الأشعة المنعكسة على حاجز ؟
………………………………………………………………………………………………
و الآن : لنحرّك سطح الماء بقوة ، و نراقب مسار الأشعة المنعكسة
هل انعكس الضوء في شكل حزمة أم تناثر هنا و هناك ?
…………………………………………………………………………………………
نستخدم العدسة المكبرة في فحص سطح الورقة .
ماذا نلاحظ ? …………………………………………………………………………
توضح الأشكال صورة تقريبية لمسار الأشعة الضوئية بعد انعكاسها على المرآة و مسار الأشعة بعد انعكاسها على الورقة .
يسمى انعكاس الحزمة الضوئية على السطوح المستوية الملساء : الانعكاس المنتظم
.
حيث تنعكس الحزمة الضوئية على هذه السطوح متوازية و دون تشتيت .
كما يسمى انعكاس الحزمة الضوئية على السطوح الخشنة أو غير المستوية :
الانعكاس المشتت ، أو الانعكاس غير المنتظم .
قانونا الانعكاس
نحتاج إلى : منقلة خشبية كبيرة ، مرآة مستوية ( 10 سم × 5 سم ) ، مصباح ليزر ، [ لا ننظر مباشرة إلى ضوءالليزر لأن
في ذلك خطر على أعيننا ] و يمكننا استخدام كشّاف ضوئي عادي بعد لصق ورقة مقوّاة مخرومة
على زجاجته ؛ لنحصل على حزمة ضوئية دقيقة .
خطوات العمل :
نثبت المرآة عمودية على مركز المنقلة
. ندع الحزمة الضوئية تمس سطح المنقلة متبعة في مسارها أحد الخطوط المرسومة على المنقلة
، على أن تسقط الحزمة على مركز المنقلة .
القانون الأول:
إِن المستوى الذي كانت فيه حزمة الأشعة الساقطة ، و أيضاً حزمة الأشعة المنعكسة
هو مستوى المنقلة حيث كانت تماسّه تماماً .
إذاً : تكون الأشعة الساقطة ، و المنعكسة في مستوى واحد . و هذا هو أحد قانوني
انعكاس الضوء .
" الشعاع الساقط و الشعاع المنعكس و العمود المقام على السطح العاكس عند
نقطة السقوط تقع كلها في مستوى واحد عمودي على
السطح العاكس . "
القانون الثاني:
تسمّى نقطة م : نقطة سقوط الأشعة .
و يمثل المستقيم ( م جـ ) عموداً على المرآة أقيم من نقطة السقوط في مستوى المنقلة
.
و تسمّى الزاوية ( أ م جـ ) : زاوية سقوط الأشعة .
كما تسمّى زاوية ( د م جـ) : زاوية انعكاس الأشعة .
عند إِتقاننا لهذا النشاط سنجد أن زاوية
السقوط تساوي دائماً زاوية الانعكاس .
و هذا هو القانون الثاني .
" زاوية السقوط = زاوية الانعكاس"
تطبيق
المئفاق : آله للمراقبة من مكان مخفي.
وفي أبسط أشكالها يتكون من أنبوب مع مرايات في النهايات ومتوازيه بزاويه مقدارها
45 درجه.
انكسار الضوء
هل سبق أن لاحظت أن ساقيك تبدوان أقصر مما هما عليه حقيقة عندما تُغمران في
بركة ماء صاف ؟
نحتاج إلى : حوض أو كأس به ماء ، قطعة نقود معدنية .
خطوات العمل :
نلق قطعة النقود لتستقر في قاع الكأس ، ثم نطلب من أحدنا إغلاق إحدى عينيه ،
و النظر بالأخرى من أعلى الكأس ، محاولاً إمساك قطعة النقود
إن الملاحظات و الظواهر السابقة تدل على أن الضوء يغير اتجاه مساره عندما ينتقل
من وسط شفاف إلى وسط شفاف آخر يختلف عنه في الكثافة ؛ كأن ينتقل الضوء من الهواء إلى
الماء . ففي المشاهدات التي ذكرت آنفاً كان الضوء ينتقل من الهواء ، و هو وسط شفاف
إلى الماء ، و هو وسط شفاف آخر يختلف عن الأول . و سبب الظواهر التي أشرنا إليها هو
تغير اتجاه الضوء عند دخوله الوسط الثاني .
يسمى التغير في مسار الضوء عند انتقاله
من وسط شفاف إلى وسط شفاف آخر يختلف عنه في الكثافة انكسار الضوء . و يحدث الانكسار
عادة عند السطح الفاصل بين الوسطين ، و يخضع انكسار الضوء لقوانين أشبه بقوانين الانعكاس
.
المرايا
المرايا الكروية
المرايا الكروية عبارة عن جزء من سطح
كرة يكون أحد سطحيها الداخلي أو الخارجي مصقولاً ، وعاكساً للضوء و تنقسم هذه المرايا
إلى قسمين هما :
1. المرايا المقعرة ) اللامة أو
المجمعة) : و هي التي يكون سطحها الداخلي عاكساً.
2. المرايا المحدبة ) المفرقة أو
المشتتة ) : و هي التي يكون سطحها الخارجي عاكساً
مصطلحات خاصة بالمرايا الكروية :
• قطب المرآة ( ق ) : هو نقطة
تقع في منتصف سطح المرآة
• البؤرة الأصلية للمرآة المقعرة
( ب ) : هي نقطة تتجمع فيها الأشعة الموازية لمحور المرآة بعد انعكاسها .
• البؤرة الخيالية للمرآة المحدبة
( ب ) : هي نقطة تتجمع فيها امتدادات الأشعة الموازية لمحور المرآة بعد انعكاسها .
• البعد البؤري ( ع ) : هو البعد
بين قطب المرآة و بؤرتها الأصلية .
• مركز التكور ( م ) : و هو نقطة
تمثل مركز تكور الكرة التي اقتطعت منها هذه المرآة .
• ( نق ) نصف قطر هذه الكرة =
ضعف طول البعد البؤري ( 2 ع .(
• محور المرآة : هو خط يصل بين
قطب المرآة و مركز تكورها ممتداً من الجهتين .
العدسات
العدسة هي قطعة من الزجاج (أو من أية مادة شفافة أخرى) ذات تكور أو تحدب في
أحد سطحيها أو كليهما، تحدث إنكسارا في الأشعة الضوئية الساقطة على أحد وجهيها. وتستخدم
العدسة المحدبة لتجميع الأشعة الضوئية في البؤرة . بينما تستخدم العدسة المقعرة لتفريق
الأشعة ، وللعدسة المقعرة أيضا بؤرة تخيلية.
العدسة المحدبة
ذا سقطت حزمة من الأشعة الضوئية المتوازية على عدسة محدبة فإنها تجمّع في نقطة
واحدة، بالتقريب، هي بؤرة العدسة المحدبة
مصطلحات خاصة
• المركز البصري للعدسة ( م )
: و هو نقطة تقع في منتصف العدسة بحيث إذا مر بها الشعاع الضوئي لا ينكسر
• البؤرة الأصلية للعدسة المحدبة
( ب ) : و هي نقطة تتجمع فيها الأشعة الموازية لمحور العدسة بعد انكسارها .
• البؤرة الخيالية للعدسة المقعرة
( ب ) نقطة تتجمع فيها امتدادات الأشعة الموازية لمحور العدسة بعد انكسارها .
• البعد البؤري ( ع ) : هو البعد
بين المركز البصري للعدسة و البؤرة الأصلية
• مركز التكور : هو نقطة تمثل
مركز تكور الكرة التي اقتطعت منها العدسة و يبعد عن المركز البصري مسافة تساوي ضعف
طول البعد البؤري . ( نق = 2 ع (
• محور العدسة : هو خط مستقيم
يصل بين المركز البصري للعدسة و مركز تكورها ممتداً من الجهتين .
العدسة المقعرة
إذا سقطت هذا الحزمة على عدسة مقعرة فإنها تفرّق كما لو أنها صادرة عن بؤرة
تقديرية للعدسة.
العين البشرية
تحوي العين البشرية عدسة محدبة تتكيف لتجميع الأشعة الواردة عبر البؤبؤ على
الشبكية في خلفية العين. وقد يحدث أحيانا ان عدسة العين عند بعض الأشخاص تجمع اِشعة
الضوء في نقطة أمام الشبكية وتسمى هذه الحالة بقصر النظر وفي حالات أخرى عند بعض الأشخاص
تجمع عدسة العين الأشعة الضوئية خلف الشبكية وتسمى هذه الحالةبطول النظر )أو بعد النظر).
وتعالج كلتى الحالتان بعدة طرق منها استخدام النظارات أو العدسات الاصقة أو بعمليات
جراحية لتصحيح البصر وأيضًا هناك مايدعى بالـالإستجماتزم وعلاجه بالعدسة الإسطوانية
أو بالليزر.
عيوب البصر
خلق الله عز وجل العين ليرى بها الإنسان ما حوله ، و هذه النعمة لا تقدر بثمن
يقول الله تعالى ممتناً على عباده .
يصاب بعض البشر بابتلاء و هو العيوب التي تصيب العين بسبب انكسار الضوء مثل:
• قصر النظر: إنسان المصاب بهذا
العيب لا يتمكن من رؤية الأشياء البعيدة بوضوح و يرجع السبب إلي تغير ) زيادة ( قوة
عدسة العين مما يؤدي إلى عدم تكون الصور على الشبكية تماما ، أي أن الصورة تتكون قبل
الشبكية ويستخدم لتصحيح هذا العيب في العين عدسة مقعرة ( مفرقة ) توضع أمام عين المصاب
( سواء كانت على هيئة نظارة أو عدسة لاصقة ) و تعمل هذه العدسة على تفريق الأشعة القادمة
من الأجسام البعيدة مما يجعل الأشعة المنكسرة تتجمع على الشبكية
• طول النظر: الإنسان المصاب بهذا
العيب في النظر لا يستطيع رؤية الأجسام القريبة بوضوح و ترجع الأسباب إلي تغير ( نقصان
) في قوة عدسة العين - نقصان قطر العين عن الوضع الطبيعي و يستخدم لتصحيح هذا العيب
عدسة محدبة توضع أمام عين المصاب ( سواء كانت نظارة أو عدسة لاصقة ) و تعمل هذه العدسة
على تجميع الأشعة الضوئية القادمة من الجسم البعيد مما يجعل الأشعة المنكسرة تسقط على
الشبكية
• الاستجماتزم
و يسمى أحيانا انعدام التماثل في النظر أو اللابؤرية ، و المصاب بهذا العيب
في النظر لا يرى المستقيمات المتوازية الأفقية بنفس وضوح المستقيمات المتوازية العمودية
، و ذلك بسبب عدم انتظام تحدب قرنية العين . و يعالج باستخدام عدسات تسمى العدسات الأسطوانية
إرسال تعليق