بحث حول محور الضوء

1 – تعريف الضوء

الضوء هو ظاهرة طبيعية يمثل الجزء المرئي من الطيف الكهرومغناطيسي (spectre électro-magnétique) أي

الإشعاعات التي طول تموجاتها محصورة بين 0.4 مكرومتر (الضوء البنفسجي) و 0.8 مكرومتر (الضوء الأحمر).

يتكون الطيف الضوئي من لا نهاية من الإشعاعات الضوئية ولا نرى منها إلا ما هو موجود بين البنفسجي والأحمر.

2- بعض خاصيات الضوء :

يتكون الضوء من كمات (Photons) تتنقل في شكل تموجات بسرعة قدرت بـ 300 ألف كلم في الثانية (3.10 م/ث).

ولقد برهن العالم الفيزيائي “نيوتن” سنة 1665 ميلادي أن اللون الأبيض للضوء هو نتيجة لامتزاج الألوان الأولية الثلاثة :

الأحمر والأصفر والأزرق.

3- المصادر المضيئة :

التعريف : هي الأجسام التي تضيء بذاتها وهي نوعان طبيعية واصطناعية.

المصادر المضيئة الطبيعية :

كالشمس والنجوم .

المصادر المضيئة الاصطناعية:

كالمكشاف والمصباح الكهربائي والقنديل والشمعة….

توجد كذلك أجسام متألقه تصدر ضوءا، منها ما هو اصطناعي مخلوط بنفايات مشعة تصنع منها عقارب بعض الساعات

والسبحات واللافتات وبعض الأزياء، وأجسام طبيعية براقة كالديدان وبعض طحالب البحر والحشرات ….

4- المصادر المضاءة المنيرة :

التعريف : المصادر الضوئية المضاءة المنيرة أو (الأجسام المضاءة المنيرة) هي التي تستمد ضوءها من مصادر مضيئة، فهي تنثر الضوء الذي تتلقاه من المصادر المضيئة فنتمكن من رؤيتها وتنعدم هذه الرؤية بمجرد زوال المصادر المضيئة. ومن بين هذه المصادر المضاءة المنيرة نذكر القمر والكواكب كالمشتري وعطارد وزحل … وكذلك كافة الأجسام التي يمكن مشاهدتها كالأشجار والقلم والكتاب …

5- معلومات عن أهم مصدر للضوء في المجموعة الشمسية :

الشمس

*عمرها : حوالي 5 مليارات سنة.

* قطرها : 1400000 كم وهو ما يساوي 109 مرات قطر الأرض.

*كتلتها : x2 x 10 كلغ (2) في 10 قوة 30) أي 333000 مرة كتلة الأرض.

* درجة الحرارة في باطنها : 14 مليون درجة وهو ما يحقق إشعاعها

* درجة الحرارة على سطحها : 5500 درجة سلسوس (degrés Celsius 5500 و 5800 كلفين (kelvin 5800).

* إضاءة الشمس تقدر بـ 100000 (مائة ألف) لوكس (lux) وذلك عندما تكون الشمس في كبد السماء (مصدر مضيء)

القمر

(مصدر مضاء منير) فتقدّر إضاءته بـ 0.2 لوكس.

** وحدة اللوكس نعبر عنها بقيمة الطاقة التي يحملها الشعاع الضوئي في ثانية واحدة في مساحة واحد صنتمتر مربع ونعبر عنها بـ (w/cm2)

6 – الأوساط الشفّافة، الأوساط الشافة، الأوساط العاتمة

1-6 : الأوساط الشفّافة :

تعريفها : هي أوساط تسمح بمرور الضوء كليا ويمكن رؤية الأجسام من خلالها بوضوح مثل الزجاج والماء (إذا لم يتجاوز عمقا معينا) والهواء.

2-6 : الأوساط الشافة :

تعريفها : هي الأوساط التي تسمح بمرور الضوء جزئيا وتكون الرؤية من خلالها غير واضحة وضبابية كالضباب والبلور

المطروق والورق المبلل بالزيت.

3-6 : الأوساط العاتمة :

تعريفها : هي أوساط لا تسمح بمرور الضوء كلّيّا وتنعدم عملية الرؤية من خلالها كالخشب والحائط والحديد.

4-6 : امتصاص الضوء :

شفافية الأوساط وعاتميتها هي مفاهيم نسبية، فالماء الشفّاف على ضفاف البحر والذي يخترقه الضوء كليا يمكن من

مشاهدة الأسماك، غير أن نفس الماء يصبح عاتما في أعماق البحار والمحيطات نظرا لازدياد عمقه (سمكه) ونتيجة لامتصاص الماء للضوء. كما أن بعض الأجسام العائمة كالمعادن تصبح شفّافة إذا صار سمكها رقيقا جدا في حدود المكرومتر.

إن شفافية الأوساط وعاتميتها مرتبطتان أساسا بسمك المادة وطبيعتها.

7- الانتشار المستقيمي للضوء

ينتشر الضوء في الأوساط الشفافة المتجانسة انتشارا مستقيما، فهو ينتقل من المصدر المضيء إلى الفضاء المحيط به وفق خطوط

مستقيمة وقد مكن هذا الانتشار المستقيمي للضوء العلماء من معرفة مواقع النجم والكواكب والمسافات الفاصلة بينها وكذلك أبعادها.

1-7 : أمثلة وتجارب تبين الانتشار المستقيمي للضوء

يمكن أن نرى المصدر الضوئي (الشمعة) عندما تكون الثقب على استقامة واحدة.

8 – عملية الرؤية لابن الهيثم :

1-8 : من هو ابن الهيثم وما هي نظريته ؟

هو الحسن ابن الهيثم ولد سنة 965. – 354 هـ بالبصرة وتوفّي سنة 1039م – 430 هـ، وهو من أشهر العلماء المسلمين

وأول من قام بتفسير عملية الرؤية تفسيرا علميا صحيحا والذي مازال ثابتا إلى اليوم، وتتمثل نظريته في أن عملية الرؤية تتم عندما تستقبل العين السليمة الضوء من الجسم الخارجي المضيء أو المضاء المنير وبذلك يكون قد دحض الاعتقاد السائد في ذلك العصر والقائل بأن العين ترسل أشعة ضوئية وتمكن من رؤية الأجسام. لقد قام كذلك بتجارب حول الغرفة السوداء مكنت فيما بعد من اكتشاف آلة التصوير وتوصل إلى اكتشاف قوانين انكسار الضوء وانعكاسه باستغلال العدسات والمرايا الكروية.

28 : تمثيل عملية الرؤية :

الغرفة السوداء هي :

عبارة عن صندوق بشكل متوازي المستطيلات أحد جوانبه شاف وفي الجانب المقابل توجد فتحة ضيقة،

نضع أمام فتح الغرفة مصدرا ضوئيا (الشمعة مثلا) فنشاهد على الجانب الشاف المقابل صورة الشمعة وهذا ما لا يمكن تفسيره إلا إذا قبلنا مبدأ الانتشار المستتقيمي للضوء.

كذلك إذا وضعنا شمعة مشتعلة أمام عين طازجة لبقرة نزعت عنها الصلبة والمشيمة نلاحظ أن صورة الشمعة قد ارتسمت على الشبكية مقلوبة ومصغرة.

ملاحظة : * بقدر ما تبتعد الشاشة عن الجسم العاتم تكبر مساحة مخروط الظَّلّل بقدر ما يكبر الظَّل المحمول.

* بقدر ما يقترب المصدر الضوئي من الجسم العائم بقدر ما تكبر مساحة مخروط الظل بقدر ما يكبر الظل المحمول.

شرح عملية كسوف الشمس :

يمثل كسوف الشمس مثالا نموذجيا لانتشار الأشعة على نحو مستقيم فالأشعة الصادرة عن الشمس تصادف في طريقها

نحو الأرض وسطا معتما وهو القمر، آنذاك يحجب القمر جزءا من الشمس أو يحجبها كليا.

استغلال وتطبيق نظرية ابن الهيثم :

لقد تبين أن آلة التصوير تشتغل مثل اشتغال العين وللتدليل على أن الضوء هو الذي يمكن من رؤية الأجسام نلاحظ أنه

إذا تم تشغيل لآلة التصوير نهارا تكون الصورة الشمسية واضحة بحكم وجود الضوء أما إذا تم تشغيلها ليلا فإن وضوح الصورة الشمسية رهين استعمال الوامض (flash) ورهين قوة إضاءة المشهد الذي سيتم تصويره، وبالتالي فإن الوامض يضيء المشهد الذي يرسل بدوره ضوءا إلى آلة التصوير فتبدو الصورة الشمسية واضحة.

الضوء الذي يبعثه الجسم المضاء المنير (الشجرة) لتكون الصورة واضحة ترسل الشجرة ضوءا فتبدو واضحة على الصورة

الظَّل :

تعريفه : إذا وجد جسم عاتم بين مصدر ضوئي نقطي وحاجز (شاشة) فإن ذلك الجسم يحجب الضوء عن مساحة معينة من الشاشة توافق امتداد الأشعة المحجوزة يسمّى انعدام الضوء في تلك النقطة ظلاً :

بين الجسم والشاشة يوجد مخروط الظل.

على الشاشة الظل المحمول.