ما هو الفرق بين خصائص الضوء وبين الاشعة السينية
عندما تصادف أشعة الضوء سطحاً صلباً فإنها ترتد وهذا الارتداد يسمى انعكاساً؛ فالانعكاس هو:
” ارتداد الضوء إلى الجهة التي صدر منها عندما يصادف سطحاً صلباً”
وهنا يجب تعريف المصطلحات التالية:
1- السطح العاكس: هو السطح الذي تسقط عليه الأشعة.
2- العمود المقام على السطح العاكس: هو مستقيم يقام عمودياً على السطح العاكس في نقطة الانعكاس.
3- الشعاع الساقط: الشعاع الذي يسقط على السطح العاكس.
4- زاوية السقوط: الزاوية بين الشعاع الساقط والعمود المقام على السطح (1q)
5- الشعاع المنعكس: الشعاع المنعكس عن السطح العاكس.
6- زاوية الانعكاس: الزاوية بين الشعاع المنعكس والعمود المقام على السطح(2q).
قانونا الانعكاس:
القانون الأول :
الشعاع الساقط والشعاع المنعكس والعمود المقام على السطح العاكس من نقطة السقوط تقع جميعها في مستوى واحد عمودي على السطح العاكس.
القانون الثاني :
زاوية السقوط = زاوية الإنعكاس
qه1 =qه2
كما أن طول الموجة الساقطة يساوي طول الموجة المنعكسة لأنهما
ينتشران في وسط واحد لذا فإن سرعتهما واحدة وبناء عليه تتساوى الموجتان في التردد.
تكون الأخيلة في المرايا:
1- المرايا المستوية:
للتعرف على صفات الخيال المتكون باستخدام مرآة مستوية للجسم (أب).
أ- نسقط الشعاع الأول عمودياً على السطح العاكس فينعكس على نفسه.
ب- نسقط الشعاع الثاني بزاوية سقوط معينة وينعكس الشعاع بنفس الزاوية فنلاحظ امتداده داخل المرآة.
ج- عند نقطة التقاء الشعاعين يكِّون رأس الجسم الموضوع أمام المرآة.
– قس المسافة بين : الجسم ، المرآة والخيال ، المرآة.
صفات الخيال المتكون:
1- طول الجسم = طول الخيال
2- بعد الجسم عن المرآة = بعد الخيال عن المرآة
3- الخيال مقلوب جانبياً
4- يكون الخيال وهمياً داخل المرآة أي لا يمكن استقباله على حاجز
المرايا الكروية:
يكون السطح العاكس في المرايا الكروية جزءاً من سطح كرة جوفاء. ويطلق على المرآة الكروية محدبة إذا كان السطح العاكس هو السطح الخارجي. أما إذا كان سطحها العاكس هو الداخلي فحينئذ تسمى مرآة مقعرة.
وللتعرف على صفات الصور المتكونة في المرايا الكروية يلزم تعريف المصطلحات التالية :
1- قطب المرآة ( ق ) : هو مركز سطح المرآة .
2- مركز التكور( م ) : هو مركز الكرة التي تكون المرآة جزءاً منها ويكون أمام المرآة المقعرة وخلف المرآة المحدبة.
3- نصف قطر التكور( نق ): هو نصف قطر الكرة التي أخذت منها المرآة وهي المسافة ق م على الرسم.
4- المحور الرئيسي: هو الخط الذي يصل بين قطب المرآة ( ق ) ومركز التكور( م ).
5- البؤرة المرآة ( ب): هي النقطة التي تتجمع فيها الأشعة المتوازية الساقطة على المرآة المقعرة بعد انعكاسها ( بؤرة حقيقية ). وهي أيضاً النقطة خلف المرآة المحدبة والتي تبدو الأشعة خارجة منها بعد سقوط أشعة متوازية على سطح المرآة ( بؤرة وهمية ) .
6- البعد البؤري( ع ): هو المسافة بين قطب المرآة ( ق ) وبؤرة المرآة ( ب ).
2-
المرايا المقعرة
نستطيع التعرف على صفات الصور المتكونة في المرآة المقعرة عن طريق التجربة في المختبر. إلا أننا يمكن أن نحصل على هذه الصفات عن طريق الرسم الدقيق وذلك باتباع قاعدتين من القواعد الثلاث المدرجة أدناه.
1- الشعاع الساقط موازياً للمحور الرئيس ينعكس ماراً بالبؤرة.
2- الشعاع الساقط ماراً بمركز التكور ينعكس على نفسه.
3- الشعاع الساقط ماراً بالبؤرة ينعكس موازياً للمحور الرئيسي.
مثال:
– ما هي صفات الصورة المتكونة لجسم (السهم في الشكل) يبعد مسافة أكبر من ضعفي البعد البؤري عن مرآة مقعرة نصف قطر تكورها (نق) يساوي ( 6سم ).
انتشار الضوء في خطوط مستقيمة
1- انتشار الضوء في خطوط مستقيمة (مبدأ فيرما).
ينبعث الضوء من المصدر بخطوط مستقيمة , ويطلق على اتجاه سير الضوء اسم ” الشعاع الضوئي”. لقد صاغ العالم فيرما هذه الحقيقة على شكل قانون يسمى مبدأ فيرما “عندما ينتقل الضوء من نقطة إلى أخرى, فإنه يسلك المسار الذي يحتاج في أقل زمن ممكن”.
ولإثبات هذه الحقيقة سنقوم بإجراء النشاط رقم (1):
نشاط رقم (1)
الأدوات اللازمة: شمعة- ثلاث قطع كرتون مربعة (15سم ×15سم) في مركزها ثقب صغير- ثلاث قطع خشبية لتثبيت قطع الكرتون.
خطوات إجراء التجربة:
1- ضع قطع الكرتون بعد تثبيتها باستخدام القطع الخشبية فوق سطح الطاولة.
2- اجعل الثقوب الثلاث في القطع على نفس الخط المستقيم.
3- هل تستطيع رؤية ضوء الشمعة من الجهة الأخرى؟
4- الآن حرك أحد قطع الكرتون بحيث لا تصبح الثقوب على استقامة واحدة وحاول رؤية ضوء الشمعة مرة أخرى.
ما هو الشرط اللازم حتى تستطيع رؤية ضوء الشمعة؟
2- مبدأ استقلال الأشعة:
عندما تتقاطع الأشعة الضوئية فإن أحداً منها لا يؤثر على الآخر, بل يواصل كل منها السير في اتجاهه دون أن يتأثر بالإشعاع الآخر.
انكسار الأشعة الضوئية
قال تعالى : ” ألم تر إلى ربك كيف مد الظل و لو شاء جعله ساكناًً و جعلنا الشمس عليه دليلاً ، ثم قبضناه إلينا قبضاً يسيراً .” الفرقان ( 45) .
فالظل هنا هو الظل بمعناه العام ، سواء كان ظل حيوان أو نبات أو جماد بما في ذلك الليل الذي هو ظل الأرض .
تدعو الآية الكريمة أن نرى صنع الله ن الذي أتقن كل شيء صنعه ، فيما نرى ، في الظل . فهو الذي خلقه و خلق أسبابه و مده ، و لو شاء سبحانه لغير في أسبابه فجعله ساكناً لا يتحول و لا يزول ، كما يحدث في بعض الكواكب ، كعطارد مثلاً ، ذلك الكوكب القريب من الشمس ، و الذي يقابلها بوجه واحد فقط . فنهاره نهار أبدي ، و ليله ليل أبدي ،و الظل فيه ساكن .
و جعل سبحانه الشمس دليلاً على الظل فبها عرف و بها حدد .
ثم يعرض سبحانه واحدة من آياته في الآفاق . و إحدى معجزات هو الظل لعصرنا : ” ثم قبضناه إلينا قبضاً يسيراً”.
و يجب أن ننتبه هنا إلى أن الظل الذي ( قبضناه قبضاً يسيراً) هو الظل الذي دليله ضوء مصباح مثلاً ، أو ضوء نار ،لا يدخل في حكم الآية .
إن اله سبحانه لم يترك الظل الناتج في الأرض عن الشمس على امتداده الذي كان من الممكن أن يكون عليه . بل قبضه قليلاً ،و جعله أصغر أو أقل من ذلك .
لتفسير الآية و فهمها جيداً ، يجب ان ندرس حادثة انكسار الأشعة عندما تمر من وسط إلى آخر مختلف الكثافة .
ـ تسير الأشعة الضوئية بخطوط مستقيمة ما دامت في وسط متجانس ذي كثافة ثابتة ، حتى إذا صادفت طبقة أخرى مختلفة الكثافة ، اجتازتها ـ إن كان ذلك ممكنا ً ـ بعد أن ينحرف خط سرها انحرافاً يتناسب مع الفرق بين الكثافتين .
أظن أن كل واحد منا رأى هذه الحادثة عندما رأى صدفة ، أو غير صدفة ، قضيباً موضوعاً بشكل مائل في الماء ، و القسم الأعلى منه بارز في الهواء ، فإن سحبه من الماء وجده مستقيماً و إن أرجعه وجده معقوفاً . و لعل البعض لم يستطع أن يجد تعليلاً لهذه الحادثة .
إن تعليلها هو أن الأشعة تنحرف عندما تنتقل من الماء إلى الهواء بسبب اختلاف الكثافتين ، فيظهر القضيب و كأنه معقوف .
نعود إلى الظل الذي دليله الشمس .
ينبعث الضوء من الشمس ، و يسير عبر الفراغ الكوني بخطوط مستقيمة ، حتى إذا اصطدم بعضه بالهواء الأرضي ، ذي الكثافة العالية بالنسبة للفضاء ، انحرف ليسير في خط مستقيم آخر يشكل خط سيره في الفراغ زاوية ما .
هكذا يظهر لنا بوضوح كيف ا، حادثة الانكسار سبب قبض الظل قبضاً يسيراً .
الحيود Diffraction
الحيود هو انحناء الموجة حول فتحة صغيرة ، وتكون ظاهرة الحيود أوضح ما يمكن عندما يكون اتساع الفتحة مساوياً لطول الموجة أو أصغر منه قليلاً .
وللتعرف على حيود الموجات المائية ، نجري النشاط التالي :
* نشاط :
– الأدوات المستخدمة :
حوض التموجات المائية – مسطرة – حاجز فيه فتحة ضيقة .
– الخطوات :
1. ضع الماء في الحوض إلى مستوى مناسب .
2. حرك حافة مسطرة بحيث تهتز عند أحد جوانب الحوض .
3. ضع الحاجز في مسار الموجات .
ماذا تلاحظ ؟
نلاحظ تغير شكل الموجات بعد نفاذها من الفتحة الصغيرة بحيث يحدث لها انحناء حول الفتحة .
تفسير الحيود باستخدام مبدأ هويجنز
عند مرور الموجات من خلال فتحة وتكون الفتحة أصغر من الطول الموجي للموجات المستخدمة فإن جبهة الموجة التي تصطدم بالفتحة تعمل كمصدر لموجة ثانوية تنتشر خلف الفتحة على شكل دوائر متحدة المركز, مركزها هو الفتحة فيكون مقدار الانحناء أكبر ، أما في الحالة التي تكون الفتحة أكبر من الطول الموجي فإن الفتحة تعمل كجزء من جبهة الموجة ، يمكن اعتباره عدة نقاط تعمل كل منها كموجات ثانوية تشترك في عمل جبهة جديدة لموجة تنتشر خلف الفتحة ومقدار انحناء الجبهة الجديدة أقل من الحالة الأولى .
الإستقطاب Polarization
تطبيقات على خاصية الاستقطاب
مرشح البولارويد في كاميرات التصوير :
نرى بعض الأجسام المراد تصويرها تتعرض لكمية كبيرة من الضوء حسب نوعية الأجسام التي خلفها وعند التصوير تظهر الصورة غير واضحة وللتغلب على هذه المشكلة تم وضع مرشح من البولارويد أمام عدسة الكاميرا للتخلص من الضوء المنعكس من الأجسام خلف الجسم المراد تصويره ، ويكون معظمه في حالة استقطاب فيدار مستوى المرشح حتى يصبح عمودياً على مستوى استقطاب الضوء المنعكس أما الضوء المنعكس من الجسم المراد تصويره فلا يتأثر بالمرشح لأنه ضوء غير مستقطب
مساهمة : صديقة من الجزائر