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)
مجلة العلوم
‫‪اكتشاف جديد في نظرية الكم قد يحل أكبر ألغازها
قلم: فيليب بال
ترجمة: محمد الرفاعي
في عالم الذرات والجسيمات المتناهي الصغر، لا تبدو الأشياء كأشياءٍ أبدًا، بل تكون على شكل سُحُبٍ من الاحتمالات Clouds of possibilities المبهمة. ويبدو أن الأشياء تكون هنا وهناك وفي كل مكان، ويبدو أنها هذه وتلك في الوقت نفسه – إلى أن تنظر إليها. وحينها يتحول الغموض الكمي فجأةً إلى شيء واضحٍ يمكن وصفه، وهو شيء يمكن أن يُسمى حقيقيًا Real.
هذا ما نعرفه. والمشكلة أن ميكانيكا الكم Quantum mechanics؛ ... (قراءة المقال)
كيف تعمل الآشياء
‫‪العجائب الطبيعية للمجموعة الشمسية
قلم: سكوت داتفيلد
جبل عملاق سُمِّي جبل أوليمبوس مونس Olympus Mons على اسم جبل الأوليمب العظيم في اليونان، وهو أطول قمة في مجموعتنا الشمسية. ويحلق في سماء المريخ بارتفاع نحو 25 كم من قاعدته ويبلغ عرضه 624 كم؛ فيتقزم أعلى جبال الأرض، إيفرست، البالغ ارتفاعه نحو 8.8 كم، أمامه. وتشكل أوليمبوس مونس، المعروف أنه بركان درعي Shield volcano، على مدى ملايين السنين بفعل انسكاب الحمم اللبية ببطء على ضفافه لإنشاء مظهر درع واسعة النطاق. ولا يقتصر وجود ... (قراءة المقال)
كيف تعمل الآشياء
‫‪الانتقال عن بُعد في العالم الحقيقي
قلم: أندرو ماي
الانتقال عن بُعد Teleportation هو مفهوم مألوف لدى معظم الناس، وذلك بفضل «الناقل» Transporter الخيالي في سلسلة أفلام ستار تريك Star trek. كما يوحي اسمها، صوّر هذا الأخير ببساطة على أنه شكل آخر من أشكال النقل، وهو نقل شخص ما من النقطة أ إلى ب في أسرع وقت ممكن. لكن إذا فكرت في الأمر، ستجد شيئاً أغرب يحدث. عندما يخطو أحدهم إلى لوحة الناقل، يتفكك جسده تماماً - يتوقف عن الوجود - وما يظهر في مكان بعيد ليس هو الشخص الأصلي، ولكن نسخة ... (قراءة المقال)
كيف تعمل الآشياء
‫‪لماذا تنحسر الثلاجات الجليدية؟
تشكل الثلاجات الجليدية الأنهار الجليدية Glaciers في مناطق تساقط الثلوج، حيث تكون الظروف باردة بما يكفي للسماح ببقاء الثلوج حتى تتجمد إلى جليد. ويتباين حجمها وفق الظروف المناخية ومستويات تساقط الثلوج، وكثير منها من بقايا العصر الجليدي Ice age الأخير، عندما غطت القمم المتجمدة أكثر من %30 من جميع الأراضي. والإشارة إليها كبقايا Remnants تعطي الانطباع بأن هذه المشاهد الطبيعية المتجمدة آخذة بالانخفاض. إذ تغطي هذه الكتل الجليدية السميكة حاليّاً 15 ... (قراءة المقال)
كيف تعمل الآشياء
‫‪دروع الحيوانات
قلم: سكوت داتفيلد
محاولة البقاء على قيد الحياة في البرية مهمةٌ صعبة، ولا تعرف الحيوانات دائماً متى قد ينقض الخطر عليها من الغابة أو من الهواء، لذلك فقد يفيدها ارتداء بذلة طبيعية من الدروع. وهناك مجموعة من الحيوانات المعروفة بمظهرها المدرع. مفصليات الأرجل Arthropods، وهي اللافقاريات التي تضم الحشرات والسرطانات والعقارب، تعيش بداخل بذلة صلبة تسمى الهيكل الخارجي Exoskeleton بغرض الحماية. ولأنها مصنوعة من مادة بروتينية كيتينية Chitin-protein ... (قراءة المقال)
كيف تعمل الآشياء
‫‪كيف يعمل الشحن اللاسلكي
ندما نفكر في الكهرباء، يتخيل الكثير منا تلقائيّاً الأسلاك، سواء كانت مكدسة خلف التلفاز لتوصيل الكبلات الصحيحة، أم رؤية فنيي الكهرباء يعملون على متاهة من الأسلاك الملونة في صندوق الكهرباء- أم مجرد إخراج شاحن هاتفك عندما ينخفض مستوى البطارية إلى حدٍّ حرج. وفي أيامنا هذه، يتناقص عدد الأسلاك التي نحتاج إليها لأجهزتنا الكهربائية باستمرار، فيمكن للطاقة اللاسلكية حالياً تشغيل الأجهزة الإلكترونية دون الحاجة إلى اتصال مادي. وتستخدم تقنية الطاقة ... (قراءة المقال)
كيف تعمل الآشياء
‫‪مستقبل تصميم السيارات
قلم: إيلسا هارفي
ما العلاقة بينك وبين سيارتك؟ عندما صُنعت السيارات لأول مرة، كانت تخدم غرضاً واحداً: السفر من النقطة أ إلى ب. وبينما لا يزال هذا هو غرضها الأساسي حتى اليوم، فإن التباين الهائل في التصاميم التي تنتجها شركات السيارات العالمية يوفر مرونة في الأسلوب والوظيفة. وهناك أيضاً أحد جوانب التخصيص في عملية اختيار السيارة. وفي مركز التصميم الأوروبي لشركة فورد يستخدم مصممو السيارات تقنيات جديدة لضمان اتباع أكثر الطرق فعالية. لقد ركزوا ... (قراءة المقال)
كيف تعمل الآشياء
‫‪فيزيائيون يحاكون أصول الكون
قلم: تيم تشايلدرز
تَشَكُّل المجرات رقصةٌ معقدة بين المادة والطاقة، الذي حدث في مرحلة ذات أبعاد فلكية تمتد إلى بلايين السنين. ولا تزال كيفية نشوء تنوع المجرات المنظمة والديناميكية التي نلاحظها اليوم من الفوضى النارية للانفجار الكبير Big Bang واحدا من أصعب الألغاز التي لم تحل في علم الكونيات الكوزمولوجيا Cosmology. بحثاً عن إجابات، فقد أنشأ فريق دولي من العلماء النموذجَ الأكثر تفصيلاً حتى الآن للكون على نطاق واسع، وهو محاكاة أطلقوا عليها ... (قراءة المقال)
كيف تعمل الآشياء
‫‪كريم الوجه كما يُرى عن قرب
لى الرغم من أن هذه الصورة قد تبدو كأنما صاغتها يدا مصمم غرافيكي، فإنها في الواقع غشاء بلوري يوجد طبيعيّاً لكريم شهير للوجه. وعند فَرده على سطح بارد وتركه حتى يجف، تؤدي مراحل التبلور الكيميائي Chemical crystallisation إلى هذه الفسيفساء الورقية. وينتج طيف الألوان المختلطة هذا من ظاهرة تسمى الانكسار المزدوج Birefringence، إذ ينقسم الضوء إلى مكونين اثنين أثناء مروره بمرحلة التبلور. التقط صورة هذه الفسيفساء المثيرة يفهين ساموشينكو Yevhen Samuchenko ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪علم التعدين عند العرب .. اكتشافات رائدة ومصنفات موسوعية
. عبدالله بدران سكرتير التحرير الكويت
أدت الحضارة العربية دورا مهما في رقي البشرية وتطورها، وأسهمت بنصيب وافر في ازدهارها، ولم تكن مجرد جسر عبرت فوقه العلوم والمعارف من الحضارات التي سبقتها إلى الحضارات التي أتت بعدها، بل كانت شاهدا حقيقيا على عصرها، فأثرت فيه بعلومها، وزادت عليها من تجارب علمائها وأفكارهم ونظرياتهم، فخلفت إنجازات علمية في الميادين التطبيقية التي كانت معروفة على مدار مسيرتها، وتركت بصمات جلية دلت ببراهين لا تقبل الشك أنها ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪الاستشعار عن بعد .. وتطبيقاته في التعدين
.م. حسين عزيز صالح المعهد العالي للبحوث والدراسات الزلزالية، جامعة دمشق، المدير العام السابق للهيئة العليا للبحث العلمي سورية
يواجه العالم زيادات سريعة في الاستهلاك والطلب على الموارد المعدنية لاستخدامها في صناعات شتى تتطلبها الثورة الصناعية الرابعة التي يشهدها العالم حاليا، وهذا يتطلب تطبيق البحث العلمي والتطوير التقاني والابتكار في استكشاف المعادن والتنقيب عنها بفعالية. وتوفر النظم الجيومعلوماتيةgeoinformation technologies أدوات ... (قراءة المقال)