العلاقة بين الضوء والمسافة وقانون التربيع العكسي ..- شدة الاستضاءة و قانون التربيع العكسى : هو أي قانون فيزيائي يقر بأن كمية أو قوة فيزيائية معينة تتناسب عكسيًا مع مربع المسافة إلى مصدر هذه الكمية الفيزيائية. وهذا القانون قابل للتطبيق على العديد من الظواهر الفيزيائية كالجاذبية والكهرباء والمغناطيسية والضوء والصوت والإشعاع..

قانون التربيع العكسي

من ويكيبيديا

تمثل الخطوط التدفق المنبعث من المصدر. إجمالي عدد خطوط التدفق يعتمد على قوة المصدر، وهو ثابت مع تغير المسافة. وكلما زادت كثافة خطوط التدفق (خط فيض/وحدة المساحة)، تزداد قوة المجال. وتتناسب كثافة خطوط التدفق عكسيًا مع مربع البعد عن المصدر، لأن مساحة الكرة تتناسب مع مربع نصف القطر. وبالتالي، تتناسب شدة المجال عكسيًا مع مربع البعد عن المصدر.
في الفيزياء، قانون التربيع العكسي هو أي قانون فيزيائي يقر بأن كمية أو قوة فيزيائية معينة تتناسب عكسيًا مع مربع المسافة إلى مصدر هذه الكمية الفيزيائية. وهذا القانون قابل للتطبيق على العديد من الظواهر الفيزيائية كالجاذبية والكهرباء والمغناطيسية والضوء والصوت والإشعاع.
أنظر أيضًا
قوانين كبلر
قانون الجذب العام لنيوتن
Science.jpg هذه بذرة مقالة عن الفيزياء تحتاج للنمو والتحسين، فساهم في إثرائها بالمشاركة في تحريرها.
تصنيفان: فلسفة الفيزياء

 قانون التربيع العكسي 
كم يبلغ لمعان الشمس إذا رصد من على سطح كوكب عطارد ، هل يمكن مقارنتها كما لو رصدت من على سطح الأرض ؟ كم يبلغ خفوتها من على كوكب نبتون ؟ كم هي قوة جاذبية الشمس على مسبار الفضاء ” فوياجر 1 ” ألان ، هل تقارن عندما كان المسبار يمر بكوكب المشتري؟
في الحقيقة جميع هذه الأسئلة يمكن الإجابة عليها من خلال عملية حسابية بسيطة تعرف باسم ” قانون التربيع العكسي “
المعادلة ترتبط لمسافة جسمين مقارنه بثالث ، فلكيا احد الجسمين هو الأرض والأخر هو سفينة فضاء ” مثلا ” . والثالث هو الشمس . في البداية دعونا نقوم ببعض المبادئ العامة ، هناك كمية محددة من ضوء الشمس تصل الى الأرض وهذه ليست كمية مطلقة بما ان الأرض تقترب من الأرض في بعض الأوقات خلال العام إضافة الى عدد البقع الشمسية يؤثر في كمية الطاقة الشمسية المنطلقة
يمكن أن نصف مقدار الطاقة الذي إلى الأرض من الشمس بـ 1 ثابت شمسي. ومتوسط بعد الشمس إلى الأرض يبلغ 149.5797.870.66 كيلو متر ( 92.955.807.25 ميل ) وهذا المقدار يطلق عليه الفلكيون 1 وحدة فلكية . اذا الأرض تبعد عن الشمس (1 ) وحدة فلكية و تستقبل 1 ثابت شمسي ، وهذا سوف يساعدنا في جعل العملية الحسابية التي سوف نقوم بها في غاية السهولة .
العلاقة التي سوف نحتاجها هي : 1/d2 ( وتعني واحد على مربع المسافة) حيث d هي لمقارنه المسافة إلى الأرض من الشمس ( هذا هو المثال الأول )
دعونا نبدأ مع ضوء الشمس كمثال : مع (1) وحدة فلكية ، تستقبل الأرض ، (1) وحدة من ضوء الشمس ، وعلية هل هناك علاقة مع الضوء ليوم مشمس عند الظهيرة ؟ ماهو مقدار ضوء الشمس الذي سوف تستقبله سفينة فضاء إذا كانت تبعد عن الشمس مرتين بعد الأرض عنها ؟
سوف تعتقد للوهلة الأولى ، بما أنها تبعد مرتين بعدنا عن الشمس سوف تستقبل النصف ، وهذا ليس صحيح ودعونا نوضح ذلك حسابيا :
المسافة من الشمس الى سفينة الفضاء تبلغ 2 وحدة فلكية .. إذا d = 2 ، وإذا استخدمنا المعادلة السابقة : 1/d2 = 1/22 = 25%. وهذا يعني بان سفينة الفضاء سوف تحصل على ” ربع ” كمية ضوء الشمس فيما لو كانت بالقرب من الأرض.
الان دعونا نتوجه الى مكان اخر . كوكب المريخ يبعد عن الشمس 1.5 وحدة فلكية وهذا يعني :
1/d2 = 1/1.52 = 1/2.25 = 44% . وهذا يعني بانه يسقط على كوكب المريخ اقل من نصف الطاقة الشمسية التي تسقط على كوكب الارض.
اذا اخذنا كوكب المشتري فهو يبعد عن الشمس 5.2 وحدة فلكية وهذا يعني 
1/d2 = 1/5.22 = 1/27 = 3.7%
اذا اخذنا كوكب نيبتون فهو يبعد عن الشمس 30 وحدة فلكية وهذا يعني 
1/d2 = 1/302 = 1/900 = 0.1% ، وهذا يعني ان منتصف الظهيرة على كوكب نيبتون تشبة تماما قبل شروق الشمس او بعد غروبها
الان ماذا سيحدث عندما نقترب من الشمس ؟ الاداراك العام سيجعلنا نقول بان الشمس سوف تكون اكثر لمعانا ولكن القانون سوف يقول لنا مقدار ذلك لمعان :
كوكب عطارد يبعد عن الشمس 0.387 وحدة فلكية وهذا يعني : 
1/d2 = 1/0.3872 = 1/.15 = 666.67% وهذا يعني بان لمعانه سوف يكون 7 مرات .
واخيرا عليك ان تعلم بانك يمكن لك ان تقارن بهذه الطريقة أي بقعة في الكون بنفس الطريقة التي قمنا بها سابقا 
واليك بعد الكواكب عن الشمس بالوحدة الفلكية
كوكب عطارد = 0.387 وحدة فلكية 
كوكب الزهرة = 0.723 وحدة فلكية 
كوكب الارض = 1.000 وحدة فلكية 
كوكب المريخ = 1.523 وحدة فلكية 
كوكب المشتري = 5.202 وحدة فلكية 
كوكب زحل = 9.538 وحدة فلكية 
كوكب اورانوس = 19.181 وحدة فلكية 
كوكب نيبتون = 30.057 وحدة فلكية
واخيرا لقد قمنا سابقا باستخدام ” ضوء الشمس ” كمثال ، ونفس الطريقة تماما تنطبق على أي نوع اخر من اشكال الطاقة الاشعاعية كالحرارة والاشعة مافوق البنفسجية او اشعة اكس والمجال المغناطيسي او الجاذبية . الجاذبية التي تؤثر بها الشمس على الارض يمكن مقارنتها مع تاثير الجاذبية على عطارد او نيبتون او سفينه فضاء او حتى النجوم ( بنفس الطريقة السهلة ) ..

الضوء يسير في خطوط مستقيمة

مقدمة : الشعاع عبارة عن حزمة ضيقة و متوازية من الضوء يمكن رسمها على شكل خط و ذلك لتوضيح مسار الضوء . وعند رسم مسار الضوء توضع على الأشعة أسهم توضح اتجاه سير الضوء من المصدر الضوئى مثلا .

الضوء يسير في خطوط مستقيمة :

ويمكنك التأكد بنفسك من هذه الحقيقة بأن تحضر مصدرا ضوئيا ( مصباح ) و تضع أمامه ثلاث حوامل مثبت على كل منها شاشة من الورق المقوى ( شكل 1 ) .
أثقب فى كل شاشة ثقبا بحيث يكون ارتفاع الثقوب عن المنضدة واحدا تماما .

أثقب فى كل شاشة ثقبا بحيث يكون ارتفاع الثقوب عن المنضدة واحدا تماما .
تأكد من أن الثقوب الثلاثة تقع على خط مستقيم بأن تمرر خيط خلال الثقوب و تشده جيدا ثم تسحبه بحرص من الثقوب أضىء المصباح و انظر خلال الثقب الأخير سترى مصدر الضوء خلال الثقوب . وإذا أزيح أحد الحوامل إزاحة طفيفة فإن العين لن يمكنها رؤية مصدر الضوء . و هذا يثبت خاصية الضوء أنه يسير فى خطوط مستقيمة
شدة الاستضاءة و قانون التربيع العكسى :

نستنتج من النتائج العملية التى تنتج عن سير الضوء فى خطوط مستقيمة أن شدة استضاءة سطح ما تقل كلما زادت المسافة بين هذا السطح و المصدر الضوئى . و تسمى كمية الضوء التى تنبعث من مصدر ضوئى فى جميع الإتجاهات فى الثانية الفيض الضوئى وتقدر بوحدة تسمى ليومن Lumin ( وهو الفيض الضوئى الـمنبعث فى الثانية من مصدر ضوئى قوته شمعة عيارية فى زاوية مجسمة مقدارها الوحدة ) . أما شدة إســتضاءة الســطح فـهى الفـيض الـضـوئى الـذى يســقط عـمـوديا على وحـدة الـمسـاحات من الســطح فى الـثانيـة.
فـإذا فـرضـنا مصدرا ضوئيا على شكل نقطة مضيئة موضوع فى مركز كره جوفاء نصف قطرها ( نق) و رمزنا للفيض الضوئى بالرمز )ش) فإن شدة إسـتضاءة سطح الكرة يساوى = ش/ 4ط نق2 أى أن شدة إستضاءة سطح الكرة يتناسب عكسياً مع مربع نصف قطرها ويسمى هذا بقانون التربيع العكسى Inverse Square Law وذلك يفسر ضعف شدة إستضاءة السطح المضاء كلما بعد المصدر الضوئى عنه مع ملاحظة التنـاســب الـعكسى مـع مـربع الـمســافة.
و يمكن التحقق من صحة قانون التربيع العكسى يإجراء التجربة التاليـة.

قـانون الـتربيـع العكــســي – ( قاعة الضوء – مركز سوزان مبارك الاستكشافى للعلوم ) :
و يستخدم لإجراء هذه التجربة مصدر ضوئى مثبت أمامه حائل بـه فتـحـة مربعة ، يسقط الضوء المار من الفتحة على شاشة بيضاء مرسوم عليها مربعات ( شكل 2 ) .يثبت الحائل على بعد من المصباح بحيث يضىء الضوء المار من الفتحة مربعـا واحداً على الشاشة

ثم نضاعـف المسافة بين الشاشة والحائل نجد أن عدد المربعات المضاءة يساوى أربعة وإذا ضاعفنا المسافة الجديدة مرة أخرى نجد أن عدد المربعات المضاءة يصبح 16 . أى أن المساحة المضاءة من الشاشة تتناسب مع مربع المسافة بين مصدر الضوء ( وهـو الفتحة المضاءة ) والشاشة .

شكل ( 2 ) تحقيق قانون التربيع العكسي
ولما كانت كمية الضوء التى تخرج من الفتحة ثابتة فإن شدة إستضاءة سطح الشاشة يتناسب عكسياً مع عدد المربعات المضاءة . ومن ذلك نرى أن شدة إستضاءة السطح تتناسب عكسياً مع مربع الـمـسافة بينه وبين المصدر الضوئى.وهذا ما يسمى بقانون التربيع العكسى Inverse square law