الفيزياء

نشاط عملي يوّضح عملية “تشتت الضوء”

2011 الضوء واللون

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

عملية تشتت الضوء الفيزياء

الأهداف:

1- تشتت الضوء عبر كوب من الماء الممزوج مع قليل من الحليب.

2- اكتشاف الألوان التي تتشتت بسهولة.

 

الأدوات التي تحتاجها:

– كوب زجاجي كبير أو مزهرية

– ماء

– حليب

– مصباح جيب شديد الإضاءة

– ألواح بلاستيكية ملوّنة

 

خطوات العمل:

1- املأ الكوب بالماء، ثم أضف كمية قليلة من الحليب.

2- سلط ضوء مصباح الجيب على جانب الكوكب. انظر إلى الشعاع الضوئي من الجانب المقابل ومن جانب المصباح نفسه ثم من الجانب الواقع بينهما.

3- سلّط ضوء مصباح الجيب على أحد الألواح البلاستيكية الملونة، ثم انظر إلى الكوب من جميع جوانبه مرة أخرى. هل يبدو لك شعاع الضوء مختلفاً هذه المرة؟

4- حاول أن تستخدم ألواحاً بلاستيكية ملونة أخرى، إن توافرت لديك. دوّن النتائج التي توصلت إليها لكل لون.

 

يمكنك التوصل إلى نتائج أفضل إذا استعملت حوض سمك الزينة بدلاً من الكوب.

فإذا كان ضوء المصباح الكهربائي الذي تستعمله قوياً بشكل كافٍ، سيصبح بإمكانك أن ترى لون الشعاع يتبدل على امتداده، كما يمكنك أن تنتج حزمة ضوئية أكثر وضوحاً إذا استخدمت جهاز عرض شرائح الصور. عليك أن تطلب مساعدة أحد الكبار لنصب جهاز العرض على النحو التالي.

أولاً، قص مربعاً من الكرتون أو البلاستيك الأسود بحيث يمكن إدخال المربع بشكل منتصب داخل جهاز عرض الصور.

 

اصنع ثقباً في المربع بالخرّامة ثم ضع المربع داخل حامل شرائح الصور وبعد ذلك ضع الشريحة في جهاز العرض واضبط العدسة كي تنتج حزمة ضوئية واضحة.

وباستطاعتك أن تغير مظهر حزمة الضوء بالنظر خلال مرشح (فلتر) استقطاب من الكاميرا.

 

إن مرشّحات الاستقطاب مصممة لتعتيم السماء الزرقاء بحيث تظهر الغيوم في الصور بوضوح.

انظر من خلال المرشِّح إلى حوض الماء ثم دوّر المرشح ببطء بيدك ماذا يحدث للحزمة الضوئية.

 

ما العمل إذا لم أتمكن من رؤية شعاع الضوء؟

قد تكون إضاءة مصباح الجيب الكهربائي الذي استعملته ضعيفة، أو ربما يكون المصباح بحاجة إلى تبديل البطاريات.

كما ينبغي عليك أن تتجنب إضافة كمية كبيرة من الحليب للماء، لأن ذلك من شأنه أن يحجب الحزمة الضوئية بالكامل، كما يمكن أن تحصل على نتيجة أفضل لو أنك أطفأت النور وأسدلت ستائر الغرفة.

 

تحليل النشاط:

لقد شتت الماء الممزوج بقليل من الحليب الضوء بالطريقة ذاتها التي يقوم بها الغلاف الجوي.

فعندما نظرت إلى الماء من الجانب نفسه الموجود فيه مصباح الجيب الكهربائي، لابدّ أنك رأيت أن الضوء كان يميل إلى الزرقة قليلاً حول الحزمة الضوئية، بينما كان سيبدو أحمر قليلاً من الجانب الأبعد.

يتشتت الضوء الأزرق بسهولة، ما يفسّر سبب ظهور لون الماء قرب المصباح مائلاً إلى اللون الأزرق.

 

وعلى عكس ذلك، يخترق الضوء الأحمر مسافة أبعد ليجعل الماء في الجانب الأبعد عن الضوء يبدو أكثر احمراراً. وإذا نظرت إلى الضوء من جانب الكأس لرأيت أن الضوء أبيض اللون، لأنه يحتوي على مقادير متساوية من جميع الألوان.

لقد حوّلت الأوراق الملونة حزمة الضوء إلى لون واحد، وأدى الحليب إلى تشتيت الضوء كما في السابق، لكن اللون كان يبدو نفسه من أي جهة من الجهات.

ولو أنك استخدمت مرشح الاستقطاب في نشاط المتابعة لاكتشفت أن حزمة الضوء أخذت تصبح ساطعة ثم باهتة أثناء تدويرك للمرشِّح.

 

ويحدث هذا بسبب ما يُسمى بظاهرة الاستقطاب. وكما تعلم، فإن الضوء ينتقل على شكل موجة، بما يشبه تقريبا التموجات على سطح البحيرة، ولكن بينما تتمايل موجات الماء صعوداً ونزولاً، فإن الموجات الضوئية تتمايل في جميع الزوايا.

وعندما يتشتت الضوء الأبيض يصبح مستقطَباً، أي إن جميع الموجات المشتتة في اتجاه محدد تتمايل في الزاوية نفسها. ويقوم مرشِّح الاستقطاب بحجب مثل ذلك الضوء المُستقطَب.

وعندما يدور المرشِّح فإنه يقوم بحجب زوايا مختلفة من الضوء المُستقطَب، ما يجعل الحزمة الضوئية تبدو ساطعة ومُعتمة. وباستطاعتك أن ترى أثراً مشابهاً لهذا إذا نظرت عبر المرشِّح إلى السماء الزرقاء.

 

إن أول من أجرى تجربة الماء الممزوج ببعض الحليب كان عالم الفيزياء الإنكليزي (جون تندال)، فاللون الأزرق الذي ينتجه "أثر تندال" لا نراه في السماء وحسب، إذ إن الفراشات الزرقاء الرائعة المنتشرة في جنوب ووسط أمريكا.

على سبيل المثال، اكتسبت لونها الأزرق الساحر بفعل "أثر تندال". إن جناحي الفراشة الزرقاء مغطاة بلطخات مجهرية قادرة بفضل دقتها أن تشتت الضوء الأزرق وتترك الألوان الأخرى تمر في طريقها، أما الألوان الأخرى، فتقوم طبقة من الصبغ الأسود تحت تلك اللطخات بامتصاصها.

وهناك الكثير من السحالي والضفادع الخضراء التي تحصل على لونها بهذه الطريقة، لكن الضوء الأزرق المشتت يتحول إلى الأخضر عندما يمر عبر طبقة غشائية أخرى تحوي على صبغ أصفر، وإذا ما أُزيلتْ الطبقة الصفراء من جلد هذه الحيوانات، فإن لونها سيتحول إلى الأزرق.

 

يسبب "أثر تندال" أيضاً الضباب الأزرق الذي يتكون أحياناً فوق الجبال التي تغطيها الغابات.

في هذه الحالة، لا يتشتت الضوء الأزرق بسبب جزيئات الهواء وحسب، وإنما بسبب عناصر كيميائية تسمى التربينات (وهي عبارة عن زيوت عطرية هيدروكربونية) التي تنبعث من النباتات.

وتتفاعل التربينات مع الأوزون (شكل من الأكسجين) لتشكل جسيمات دقيقة تعمل على تشتيت الضوء الأزرق.

 

وعندما جرى إرسال أول الصور التي التُقطت من على سطح المريخ إلى الأرض، أصيب العلماء بدهشة عظيمة عندما شاهدوا أن السماء لم تكن زرقاء بل حمراء

فقد توقعوا أن تكون سماء المريخ أكثر زرقة وقتامةً من سماء الأرض لأن هواء المريخ يحتوي على كمية كبيرة من ثاني أكسيد الكربون، الذي يشتت الضوء الأزرق بشدة، لكن العلماء سرعان ما اكتشفوا أن السماء المريخية كانت حمراء بسبب الغبار ذي اللون الصدئ الذي يهب في الهواء بفعل الرياح العاتية.

 

السماء الحمراء ليلاً

تتحول السماء في بعض الأحيان إلى اللون الأحمر قبل شروق الشمس أو بعد غروبها بوقت قليل، وذلك لأن الغلاف الجوي للأرض يسبب انكسار (حني) ضوء الشمس من أسفل خط الأفق.

 

الغروب البركاني

إن أفضل مشهد للغروب يمكن الحصول عليه بعد أحد الاندفاعات البركانية الكبيرة التي يتصاعد منها الرماد إلى ارتفاعات عالية في الغلاف الجوي ويهب مع الرياح في أرجاء كوكبنا الأرضي.

ثم تشتت جسيمات الرماد الدقيقة الضوء الأحمر لتجعل السماء المحيطة بالشمس أكثر حُمرة من المعتاد.

مجلة العلوم
‫‪كيف تقاوم العدوى باستعادة شباب جهازك المناعي
قلم:    غرايام لاوتون
ترجمة: محمد الرفاعي
اغسل يديك بعنايةٍ لعشرين ثانية، غطّ عطستك بمرفقك، تجنب ملامسة وجهك، ابقَ على مسافة مترٍ عن الآخرين، وكملجأ أخير ٍ، اعزل نفسك بعيداً عن الجميع لمدة أسبوعٍ مع ما تحتاج إليه من أغراض. وإذا أردت أن تتجنب فيروس كورونا المستجد، فكل هذه أفكارٌ جيدةٌ. لكن، في نهاية المطاف، خطُ الدفاع الذي يقف بينك وبين الإصابة بكوفيد 19 Covid-19 هو جهازك المناعي.
نعلم أن الجهاز المناعي يَضْعُفُ عندما نتقدم في ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪لقاح أكسفورد آمن ويحفز على الاستجابة المناعية
قلم:    كلير ويلسون، جيسيكا هامزيلو، آدم فوغان، كونارد كويلتي-هاربر، ليلى ليفربول
ترجمة: مي منصور بورسلي
آخر أخبار فيروس كورونا حتى 20 يوليو 2020 الساعة 5 مساء
 
لقاح أكسفورد المرشح للتطعيم ضد الفيروس التاجي يبدو آمنًا ويحفز على الاستجابة المناعية
اللقاح ضد الفيروس التاجي Coronavirus الذي طورته جامعة أكسفورد University of Oxford بالتعاون مع شركة الأدوية آسترازينيكا AstraZeneca آمنٌ وينشط الاستجابة المناعية لدى الأشخاص، ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪الهرمونات الجنسية  تفسر سبب إصابة الرجال أكثر بالفيروس
قلم:       ميريديث وادمان
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
في يناير ذكرت إحدى أولى النشرات العلمية عن المصابين بفيروس كورونا المستجد  Novel coronavirus في ووهان بالصين، أن ثلاثة من كل أربعة أدخلوا المستشفى كانوا ذكورًا. ومنذ ذلك الوقت أكدت بيانات من مختلف أنحاء العالم أن الرجال يواجهون خطرًا أكبر للإصابة بمرض شديد أو الوفاة، وأن الأطفال مستَثْنَوْن بشكل كبير. مؤخرًا، توصل العلماء الذين يبحثون في الكيفية التي يؤدي  الفيروس بها إلى الوفاة ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪دراسات كبيرة تذوي آمال عقار الهيدروكسي كلوروكوين
قلم:      كاي كوبفرشميدت
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
تغطية مجلة ساينس Science لأخبار كوفيد-19 يدعمها مركز بوليتزر Pulitzer Center.
عبر ضباب مزاعم الاستغلال، والأمل، والمبالغة في الدعاية، والتسييس الذي يكتنف الدواء هيدروكسي كلوروكوين Hydroxychloroquine، دواء لعلاج الملاريا Malaria الذي أعلن عنه كعلاج لمرض كوفيد-19 COVID-19، تبدأ حاليا الصورة العلمية بالتجلي.
الهيدروكسي كلوروكوين الذي أثنى عليه رؤساء كمعجزة شفائية محتملة ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪الإشكاليات الطبية لمرض كوفيد 19
. جمال المطر اختصاصي في أمراض الأذن والأنف والحنجرة، الكويت
تعد الكائنات الحية الدقيقة والفيروسات من العوامل الممرضة الشائعة للإنسان، ويتميز بعضها عن بعض بعدد من الخصائص والسمات. فبعض الفيروسات يصيب النباتات وبعضها يصيب الحيوانات، وهناك أنواع تصيب الإنسان مسببة له أمراضاً متنوعة مثل متلازمة عوز نقص المناعة المكتسبة الإيدز، والتهاب الكبد الفيروسي، والحصبة. ويشهد العالم حاليا أول جائحة يسببها فيروس كورونا الذي ينتمي إلى فصيلة فيروسات واسعة ... (قراءة المقال)
‫‪مجرة درب التبانة و جيرانها
لسلام عليكم .. في كثير من حلقات البرنامج السابقة تكلمنا عن اهم عناصر المجموعة الشمسية التي نعيش فيها من كواكب و أقمار و كيوكبات و احزمة .. و انتهينا بشرح عن بلوتو و حدود المجموعة الشمسية .. ولكن هذه المجموعة تقع و تدور ضمن كيان و محيط اكبر .. و هي المجرة التي نعيش فيها و تحوي الملايين و الملايين من النجوم المشابهة لشمسنا و غيرها من الشموس و نطلق عليها درب التبانة .. في هذه الحلقة سنسافر في رحلة كونية بعيدة نتعرف فيها على بنية المجرة و مكوناتها ... (قراءة المقال)
‫‪الطين حدد صورة مشهد المريخ
دفق الطين ذات مرة عبر أنحاء سطح كوكب المريخ مثل حمم بركانية، وفقا لما اتضح في مجموعة جديدة من التجارب العلمية. لقد اعتقد علماء الكواكب، منذ وقت طويل، أن ‘براكين طينية’ Mud volcanoes قد أدت دوراً مهماً في رسم صورة مشهد المريخ في وقت مبكر من تاريخه، لكنهم لم يعرفوا سوى القليل عن الآلية التي يمكن بها لمثل هذا الطين أن يعمل تحت الضغط المنخفض والبرودة الشديدة على الكوكب الأحمر. ولمعرفة ذلك؛ فقد حاكى فريق من العلماء عملية الظروف المريخية في مختبر، ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪سر القضاء على السرطان قد يكون في قدرته المميتة على التطور
قلم: كلير ويلسون
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة

 لا تتحدث ليديا نوت Lydia Knott كثيرًا عن الموضوع، إلا أن السيدة نوت والبالغة من العمر 82 عامًا تعلم ما الذي سيحدث لها بعد موتها. وسيؤخذ جسدها إلى مختبر من أجل فحصٍ استثنائي لجثتها بعد الموت.
ولن يكون ذلك لمعرفة سبب موتها. وشُخصت نوت بسرطان الرئة قبل خمس سنوات. وبعد جراحة أجريت عليها لإزالة جزء من رئتها، صارت في صحة جيدة: جيدة بالنسبة إلى امرأة في 82 من العمر، لا يمكنني أن ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪التلوث بالرصاص يتعقب صعود ملوك العصور الوسطى وسقوطهم
قلم:   آن غيبونز
ترجمة:   صفاء كنج
تقع قرية كاسلتون Castleton الخلابة في مقاطعة بيك Peak District  بإنجلترا، عند سفح نتوء من الحجر الجيري تتوجُّه قلعة تعود إلى القرون الوسطى. وفي الوقت الحاضر يتوافد المتنزهون للاستمتاع بالجمال الطبيعي الأخّاذ للمنطقة، محل أول حديقة وطنية في المملكة المتحدة. ولكن قبل 800 عام غطت أراضي المستنقعات البرية والوديان التي تنمو فيها الأشجار طبقة من الرصاص السام الملوث Toxic Lead pollution، كما يقول عالم الآثار ... (قراءة المقال)