نشاط عملي يوّضح آلية عمل العدسات وكيفية تكبير الأشياء بواسطة “حوض زجاجي”

2011 الضوء واللون

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

آلية عمل العدسات العدسات الفيزياء

الأهداف:

1- تكوين صورة باستخدام العدسة المائية.

2- دراسة كيفية عمل العدسات.

 

الأدوات التي تحتاجها:

– حوض زجاجي كروي الشكل

– ماء

– شمعة

– أحد الكبار كي يتولى إشعال الشمعة

– صحن

– قطعة من الكرتون الأبيض السميك

– مسطرة

– جريدة (لنشاط المتابعة)   

 

خطوات العمل:

1- املأ الحوض بالماء. سيكون هذا الحوض المملوء بالماء هو عدستك التي سترى الصورة من خلالها.

2- ضع الشمعة على صحن، ثم ضعه على مسافة قدم واحد (30 سم) من العدسة. اطلب من أحد الكبار إشعال الشمعة.

3- امسك قطعة الكرتون مقابل العدسة على الجانب الآخر المقابل للشمعة.

4- أبعد قطعة الكرتون تدريجياً عن الحوض. توقف عندما تشاهد صورة لهب الشمعة على قطعة الكرتون. كيف تبدو الصورة مقارنة باللهب ذاته؟

 

بعد أن قمت بإظهار الصورة، أسند قطعة الكرتون ببعض الكتب بحيث تظل ثابتة.

ثم حاول بعد ذلك أن تحرك الشمعة نحو الأعلى والأسفل مع المحافظة على المسافة نفسها من العدسة. ماذا يحصل للصورة؟

 

حرك الشمعة الآن إلى مسافة أبعد عن العدسة. ماذا يحصل للصورة التي تظهر على قطعة الكرتون؟

أنزل الشمعة وحاول أن تجد الصورة عن طريق تحريك قطعة الكرتون.

 

أعِدْ قطعة الكرتون إلى مكانها السابق بجانب الكتب والشمعة، والآن حرك الشمعة باتجاه العدسة. عند أي نقطة يتعذر عليك رؤية الصورة على قطعة الكرتون؟

أخيراً، ضع جريدة خلف العدسة وحاول أن تقرأ الكلمات المطبوعة. هل تبدو الكلمات أكبر حجماً؟

 

ما العمل إذا لم أتمكن من رؤية الصورة على لوح الكرتون؟

إذا كانت غرفتك مفرطة الإنارة، فإن الضوء قد يطغى على صورة الشمعة.

حاول في مثل هذه الأحوال أن تسدل الستائر وتطفئ النور كي تجعل الغرفة أكثر ظلمة، وفي حال بقي لهب الشمعة يتذبذب، ينبغي استبدال الشمعة بضوء مصباح جيب صغير الحجم.

وجّه ضوء المصباح باتجاه الحوض، وإن أمكن حاول نزع الجزء العلوي من المصباح بحيث تصبح لمبة المصباح مكشوفة.

 

تحليل النشاط:

يعمل حوض الماء الكروي عمل العدسة ذاتها، أي إنه يقوم بتركيز الضوء من الشمعة على قطعة الكرتون.

وتكون الصورة المركزة مقلوبة، وعندما حرّكتَ الشمعة نحو الأعلى والأسفل، تحركت الصورة بالاتجاه المعاكس.

ولو أنك أبعدت الشمعة عن الحوض لأصبحت الصورة غير واضحة. ولو قمت بعد ذلك بتحريك قطعة الكرتون باتجاه الحوض لأصبحت الصورة واضحة مرة أخرى.

 

وبالطريقة نفسها، لو حركت الشمعة باتجاه الحوض لاضطررت إلى تحريك قطعة الكرتون لمسافة أبعد عن الصورة.

ولكن لو نقلت الشمعة لمسافة قريبة جداً من الحوض لأصبح من المستحيل أن تحصل على صورة واضحة المعالم مرة ثانية.

ينحني الضوء الصادر عن الشمعة عند مروره عبر الحوض، وهذا مثال على عملية الانكسار.

 

فعندما يمر الضوء من الهواء إلى الزجاج، فإن سرعته تصبح أقل نسبياً، ما يجعل الضوء يدور إذا اصطدم بالزجاج بزاوية، ثم يدور مرة أخرى عندما يمر في الماء، وبعد ذلك يمر بمركز الحوض ليخرج إلى الهواء ثانية.

كما يحدث الانكسار أيضاً عند خروج الضوء من الحوض، ولكن في هذه المرة ينحني الضوء في الاتجاه المعاكس بسبب الشكل الكروي للحوض الزجاجي.

ولأن الضوء ينتقل بصورة مستقيمة فإن أشعة الضوء الصادرة عن أي جسم من الأجسام ستنتشر عادة عند انتقالها عبر الهواء.

 

إن عدسة حوض السمك تجعل الأشعة المنتشرة تتقارب من بعضها مرة أخرى.

تسمى النقطة التي تلتقي الأشعة عندها المحرق أو البؤرة، وهو المكان الذي تتشكل عنده الصورة.

وتكون الصورة مقلوبة لأن أشعة الضوء تنقلب من الأعلى إلى الأسفل أو من اليسار إلى اليمين أثناء انحنائها وهي في طريقها نحو العدسة.

 

إن جميع أنواع العدسات لديها خاصية تُعرف بالبُعد البؤري، وهي المسافة من العدسة التي يتركز فيها الضوء من جسم بعيد، كالنجوم مثلاً، كي تتكون الصورة.

وتستطيع أن تحسب ذلك البُعد البؤري لعدستك كي تستخدمها في تركيز الضوء من أحد مصادر الضوء الساطعة من مسافة تزيد على 30 قدماً (9 أمتار)، مثل ضوء الشارع أو القمر الكامل (البدر).

 

وباستعمال قطعة الكرتون كما فعلنا في النشاط الرئيس، تستطيع أن تكوّن صورة لجسم ما. (لا تستخدم الشمس كمصدر للضوء في تجربتك، فقد يؤدي ذلك إلى اشتعال الورقة).

إن المسافة من مركز الحوض إلى الصورة هي البُعد البؤري أو المحرقي للعدسة، كما يمكنك أن تستعمل هذه الطريقة في قياس الطول البؤري لعدسة المكبِّر.

 

التكبير

نستطيع استخدام العدسات لنجعل الأشياء تبدو أكبر حجماً، أو مكبَّرة. وفي نشاط المتابعة بدت أحرف الجريدة أكبر حجماً من خلال عدسة حوض السمك الكروي.

والسبب هو أنها كانت على مسافة أقل من البُعد البؤري. إن مصادر الضوء الموضوعة على مسافة تقل عن البُعد البؤري تكون قريبة جداً من العدسة بما لا يسمح للضوء أن يتركز على الشاشة في الجانب الآخر.

غير أن عينيك يمكنهما استكمال الانحناء المطلوب من أجل إنتاج صورة واضحة المعالم. إن الضوء الذي يدخل إلى عيوننا يكون قد سبق له أن انحنى أو انكسر من خلال العدسة، لذلك عندما يقوم الدماغ بتحويل الضوء إلى صورة، تبدو الصورة أكبر حجماً مما هي عليه في الواقع.

 

وعند استعمال عدة عدسات في آن معاً، يمكنها أن تكبّر الصورة إلى درجة ملحوظة.

وتستخدم الميكروسكوبات أو المجاهر عدسات بهذه الطريقة كي تجعل الأجسام الدقيقة جداً تبدو كبيرة بما يكفي للمشاهدة والتدقيق فيها عن كثب.

وتجمع التلسكوبات الضوء من النجوم والكواكب التي تبعد عنا ملايين الأميال، وذلك من خلال استخدام العدسات المتعددة اللازمة لتكبير الصور.

 

صورة مشوشة

قد تظهر الصورة التي تكونت من خلال عدسة حوض سمك الزينة غير واضحة، وربما تبدو ذات ألوان متراكبة، ويرجع سبب هذا التشويش إلى كثرة الانكسارات التي تحصل في أجزاء مختلفة من الحوض الزجاجي.

وتتشكل الألوان المنفصلة لأن بعض ألوان الضوء تكون أشد انكساراَ من بعضها الآخر.

 

العدسات المحبة والمقعرة

يعتمد البُعد البؤري للعدسة على انحنائها والمادة المكوَّنة منها، فالعدسات الكروية لها أبعاد بؤرية أقصر من العدسات المسطحة، فالعدسات المقعرة، التي يكون وسطها رقيقاً أكثر عند الحواف، لها بُعد بؤري سالب، وذلك لأنها تنشر الضوء بدلاً من تركيزه.

ونتيجة لذلك فإن العدسة المقعرة تجعل الأجسام تبدو أصغر بدلاً من تكبيرها.

وعدسات النظارات الطبية تكون إما مقعَّرة أو محدَّبة (كروية)، وتساعد على تصحيح عدسة العين البشرية التي لا تستطيع في بعض الأحيان تكوين صورة واضحة تماماً.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]