أوراق عمل وحدة مدخل إلى علم الفيزياء فيزياء الصف العاشر العام
الاستضاءة
١- يعد الضوء والصوت وسيلتين نتمكن عن طريقهما من التواصل مع بيئتنا والحصول على معلومات .
۲- يعتبر الضوء الوسيلة التي توفر أكبر مجموعة متنوعة من المعلومات ، حيث تستطيع العين البشرية تحسس التغيرات البسيطة جدا في حجم الجسم وموقعه وسطوعه ولونه ، كما تتمكن العين من التمييز بين الظلال والأجسام الصلبة ، وكذلك التمييز بين انعكاسات الأجسام والأجسام نفسها.
الأدلة على أن الضوء يسير في خطوط مستقیما
١. عندما تدخل حزمة ضوئية ضيقة عبر نافذة فإن دقائق الغبار المنتشرة في الهواء تجعل الضوء مرئيا ، وتری مسار الضوء على شكل خط مستقيم
۲- عندما يعترض جسمك ضوء الشمس ترى هيئة جسمك في صورة ظل .
۳- عندما تضع جسمة أمام عينيك وتتحرك في اتجاهه فإنك تسير في مسار مستقيم .
نموذج الشعاع الضوئي
١- اعتقد نيوتن أن الضوء سيل من الجسيمات متناهية الصغر لا يمكن تخيلها ، تتحرك بسرعة كبيرة جدا ، أطلق عليها اسم كريات ضوئية أو جسيمات ضوئية
۲- لم يستطع نموذج نيوتن تفسير خصائص الضوء جميعها ، حيث بينت التجارب أن الضوء أيضا يسلك سلوك الموجات.
الشعاع الضوئي هو شعاع ينتقل في خط مستقيم ويتغير اتجاهه فقط إذا اعترض حاجز مساره "
٣- قدم نموذج الشعاع الضوئي بوصفه طريقة لدراسة كيفية تفاعل الضوء مع المادة ، بغض النظر عما إذا كان الضوء جسيمة أو موجه . وتسمى دراسة الضوء بهذه الطريقة البصريات أو البصريات الهندسية
الألوان
قام نیوتن بتمرير حزمة ضيقة من ضوء الشمس خلال منشور زجاجي ، فلاحظ تكون ترتيب منظم للألوان أطلق عليه اسم الطيف .
الطيف " هو ترتيب منظم للألوان ينتج عند مرور حزمة ضيقة من الضوء الأبيض خلال منشور زجاجي "
تفسير نيوتن للطيف :
١- اعتقد نيوتن أن جسيمات الضوء تتفاعل بطريقة متفاوتة في الزجاج لتولد الطيف اعتمادا على النموذج الجسيمي للضوء.
۲- لاختبار هذا الافتراض سمح نيوتن للطيف النافذ من المنشور الأول بالسقوط على منشور آخر فإذا تولد الطيف نتيجة التفاوت في تفاعل الزجاج مع جسيمات الضوء فإن المنشور الثاني سيزيد من انتشار الألوان .
٣- بدلا من ذلك فقد عكس المنشور الثاني الألوان وأعاد تراكبها لتكون اللون الأبيض .
٤- استنتج نيوتن أن اللون الأبيض مركب من عدة ألوان ، وأن هناك خاصية أخرى للزجاج غير عدم انتظامه هي التي تؤدي إلى تحلل الضوء إلى مجموعة من الألوان .
من تجارب جريمالدي وهيجنز وغيرهما تبين الآتي :
١- للضوء خصائص موجية ولكل لون من ألوان الضوء طولا موجية محددة .
۲- تقع منطقة الضوء المرئي ضمن نطاق من الأطوال الموجية يتراوح بين nm 400 و nm 700 تقريبا ، وأكبر هذه الألوان في الطول الموجي هو اللون الأحمر ، وأقلها في الطول الموجي هو اللون البنفسجي .
( الأحمر - البرتقالي - الأصفر - الأخضر - الأزرق - النيلي - البنفسجي)
۳- عندما يعبر الضوء الأبيض الحد الفاصل من الهواء إلى داخل الزجاج ويعود مرة أخرى إلى الهواء ، فإن الطبيعة الموجية تؤدي إلى انحناء كل لون من ألوان الضوء أو انكساره بزاوية مختلفة ، وهذا الانحناء غير المتساوي للألوان المختلفة يتسبب في انتشار الضوء على شكل طيف ، وهذا يعني أن الأطوال الموجية المختلفة للضوء تتفاعل مع المادة بطرائق مختلفة يمكن التنبؤ بها .
اللون بواسطة مزج أشعة الضوء
جمع الألوان . " هو تراكب الألوان ( الأحمر والأخضر والأزرق ) لإنتاج الضوء الأبيض "
ويستخدم جمع الألوان في أنابيب الألوان في التلفاز ، حيث تحتوي هذه الأنابيب على مصادر نقطية متناهية في الصغر لكل من الضوء الأحمر والأخضر والأزرق ، وعندما يكون لكل لون من ألوان الضوء الثلاثة شدة مناسبة تظهر الشاشة باللون الأبيض .
الألوان الأساسية ( الأولية ) . “ هي ثلاثة ألوان ينتج عن خلطها اللون الأبيض ” وهي : الأحمر ، والأخضر ، والأزرق
الألوان العامية . " هي الألوان الناتجة عن خلط لونين أساسيين "| وهي : الأصفر وينتج عن الأحمر والأخضر ، والأرجواني ( الأحمر المزرق ) وينتج عن الأحمر والأزرق ، والفيروزي ( أزرق مخضر ) وينتج عن الأزرق والأخضر
استقطاب الضوء
" هو إنتاج ضوء يتذبذب في مستوى واحد "
أولا : الاستقطاب بالترشيح ( الفلترة )
١- تحتوي أوساط الاستقطاب على جزيئات طويلة تتمكن خلالها الإلكترونات من التذبذب أو الحركة إلى الأمام وإلى الخلف ، جميعها في الاتجاه نفسه
۲- عندما ينتقل الضوء عابرة الجزيئات تمتص الإلكترونات الموجات الضوئية التي تتذبذب في اتجاه تذبذب الإلكترونات نفسه ، وتسمح للموجات التي تتذبذب في اتجاه عمودي بالمرور خلالها ، والموجات المارة تكون
اتجاه وازاحة الحبل موازية لمحور الاستقطاب .
محور الاستقطاب “ هو اتجاه وسط الاستقطاب المتعامد مع الجزيئات الطويلة ” اتجاه انتشار
٣- يحتوي الضوء العادي على موجات تهتز في كل اتجاه عمودي على اتجاه انتقالها ، فعند مروره خلال وسط استقطاب سينفذ في المتوسط نصف كمية الضوء الكلي ، وتنخفض شدة الضوء بمقدار النصف ، ويسمى مثل هذا الوسط مرشح أو فلتر الاستقطاب
ثانيا الاستقطاب والانعكاس
١- عندما تنظر خلال مرشح استقطاب أو نظارة شمسية إلى الضوء المنعكس عن طريق أو لوح زجاجي وتدور المرشح أو النظارة ستلاحظ أن الضوء يسطع ثم يخفت ، وهذا يعني أنه حيث استقطاب جزئي للضوء في اتجاه سطح الطريق أو الزجاج عندما انعكس .
۲- تحتوي الأشعة الضوئية المنعكسة على كمية كبيرة من الضوء المتذبذب بشكل مواز لسطح الطريق أو الزجاج ، لذلك يستخدم مصورو الفوتوجراف مرشحات استقطاب بتثبيتها على عدسات الكاميرا لحجب الضوء المنعكس.
تحليل الاستقطاب
١- عند وضع مرشح استقطاب في مسار ضوء مستقطب بواسطة مرشح إستقطاب آخر ، فإذا كان محوري استقطاب المرشحين متوازيين سينفذ الضوء المار من المرشح الأول خلال المرشح الثاني ، أما إذا كان محوري استقطاب المرشحين متعامدين فلن ينفذ الضوء خلال المرشح الثاني .
۲- عند وضع مرشح استقطاب ( محلل ) بين مرشحين محور استقطابهما متعامد بحيث لا يوازي محور استقطابه محور أي من المرشحين سيمر ضوء من المرشح الثاني .
٣- يسمى القانون الذي يوضح مدى انخفاض شدة الضوء عندما يعبر من خلال مرشح استقطاب ثانی قانون مالوس
حيث :(I) شدة الضوء الخارج من المرشح الأول . (L) شدة الضوء الخارج من المرشح الثاني . الزاوية بين محوري مرشحي الاستقطاب الأول والثاني .
٤- يسمى مرشح الاستقطاب الثاني المستخدم في قانون مالوس " المحلل " وتستخدم المحللات لتحديد استقطاب الضوء المنبعث من أي مصدر ضوئي
ملاحظات هامة
١- ينتشر التدفق الضوئي المصدر الضوء بصورة كروية في جميع الاتجاهات ، فيضيء سطح يشبه السطح الداخلي لكرة نصف قطرها ، ولا يتغير التدفق الضوئي للمصباح بتغير بعد السطح عنه .
٢- المصباح الكهربائي المتوهج الذي قدرته W 100 يصدر تدفق مقداره Lm 1750 ، وتكون الاستضاءة الساقطة على السطح الداخلي لكرة نصف قطرها m 1 تساوي Lx 139 .
٣- الاستضاءة الناتجة بفعل مصدر ضوئي نقطي تخضع لعلاقة التربيع العكسي (Egl/r2 )، فمثلا تقل الاستضاءة الساقطة على وحدة المساحات من سطح إلى الربع عند زيادة بعد السطح عن المصدر إلى الضعف .
٤- لزيادة الاستضاءة على سطح نستخدم مصباحا كهربيا أكثر سطوعة لزيادة التدفق الضوئي ، أو نقرب المصباح من السطح .
٥- تستخدم المعادلة التي تتعين منها الاستضاءة بشكل صحيح إذا كان الضوء المنبعث من المصدر المضيء يسقط عموديا على السطح الذي يضيئه ، وكذلك مع المصادر المضيئة التي تكون صغيرة ، أو بعيدة بصورة كافيه حتى يمكن اعتبارها مصادر نقطية . لذلك فإن المعادلات لا تعطي قيمة دقيقة للاستضاءة الناتجة بفعل المصابيح الفلورسنتية الطويلة أو المصابيح المتوهجة التي تكون قريبة من السطح الذي تضيئه .