"تلسكوب هابل الفضائي" هو عبارة عن تلسكوب عاكس هائل الحجم يدور حول الأرض بهدف الحصول على أفضل رؤية ممكنة للأجسام التي تسبح في أعماق الفضاء، مثل المجرّات البعيدة جداً.
وقد تبيّن أن مرآة تلسكوب "هابل" التي يبلغ قطرها 8 أقدام (2.4 متر) تعاني من بعض العيوب بعد أن وُضع التلسكوب في المدار.
غير أن روّاد الفضاء قاموا بإصلاح الخلل عن طريق إضافة مرايا إضافية.
وكان تلسكوب "هابل" قد أُرسل إلى الفضاء الخارجي للتخلص من التشويش الذي يسببه الغلاف الجوي للأرض.
يضم الجزء الأسطواني المركزي من التلسكوب (إلى اليسار) المرآة والأجهزة البصرية الأخرى، أما الجناحان الذهبيان فهما اللوحان الشمسيان للتلسكوب الفضائي اللذان يستمدان طاقتهما من الشمس بهدف تشغيل أجهزة التلسكوب.
ليس بمقدورنا أن نجرّ القمر إلينا كي ننظر إليه عن قرب، لذلك نحاول الوصول إليه من خلال النظر بواسطة التلسكوب.
تستخدم معظم التلسكوبات الضوء كي تزودنا بصور أوضح للأجسام التي تقع على مسافات بعيدة عنا.
وتستخدم بعض تلك التلسكوبات أشكالاً أخرى من الطاقة، كالموجات اللاسلكية.
كي ننظر إلى الأجسام البعيدة التي يتعذر عادة على عين الإنسان المجردة رؤيتها، لابدّ من استخدام التلسكوبات.
وكلمة تلسكوب تعني في الأصل "المشاهِد عن بعد". يقوم التلسكوب بتركيز الضوء على صورة ما، بحيث يتسنى للناظر مشاهدتها من خلال عدسة تكبير جبارة، ويستخدم الفلكيون أضخم التلسكوبات في العالم لمراقبة النجوم والكواكب.
كان قباطنة السفن في الماضي يستخدمون التلسكوبات المحمولة باليد لمشاهدة البر أو السفن الأخرى البعيدة، أما اليوم فغالباً ما نستخدم تلسكوبات مماثلة لهذا النوع للاستمتاع بمشاهدة المناظر الطبيعية في مواقع مختلفة.
هناك نوعان من التلسكوبات: النوع الأول هو الذي استخدمه قباطنة السفن فيما مضى، وغيرها من التلسكوبات المنتشرة حالياً في العديد من المناطق السياحية، وتسمى هذه التلسكوبات بالتلسكوبات الانكسارية.
أما النوع الثاني فهي التلسكوبات الفلكية الضخمة التي يُطلق عليها اسم التلسكوبات العاكسة.
تحتوي أقدم أنواع التلسكوبات المعروفة باسم التلسكوبات الانكسارية على عدسات تقوم بكسر الضوء وتركيزه نحو عين المراقب.
ومع أننا لا نعرف من صنع أول تلسكوب، غير أن معظم الناس متفقون على أن أول شخص قام ببيع تلك التلسكوبات يُدعى (هانس ليبرشي) (1570 – 1619)، وهو أحد صانعي النظارات الهولنديين.
ففي عام 1608، استخدم هذا الرجل عدسات النظارات ليصنع تلسكوباً بسيطاً.
وفي السنة التالية قام العالم والفلكي الإيطالي (جاليليو جاليلي) (1564 – 1642) بصنع تلسكوبه الخاص، ليصبح أول شخص يستخدم التلسكوب لدراسة القمر والكواكب.
وبعد ستين عاماً، اخترع العالم الإنكليزي (إسحاق نيوتن) (1642 – 1727) التلسكوب العاكس، وكان ذلك التلسكوب يضم مرايا وظيفتها تركيز الضوء، حيث أثبت قدرته على مشاهدة الأجسام المعتمة البعيدة كالكواكب والنجوم.
– التلسكوب الانكساري
يحتوي التلسكوب البسيط الكاسر للضوء على عدستين مركبتين على طرفي أسطوانة طويلة.
تكون العدسة الكبيرة (العدسة الشيئية) مركبة في نهاية الطرف الأمامي من التلسكوب.
يدخل الضوء من العدسة الشيئية ثم يتركز في نقطة أمام العدسة الثانية التي تسمى العدسة العينية.
وتكبّر الصورة التي تشكلها العدسة الشيئية بواسطة العدسة العينية بحيث يستطيع الراصد رؤية التفاصيل.
تبدو الصورة أكبر وأوضح لكنها تكون مقلوبة رأساً على عقب، وهو أمر غير مهم بالنسبة لرصد النجوم، إذ إنه لا يوجد مثل هذه الأشكال المقلوبة في الفضاء، بمعنى أنه لا يوجد في الفضاء اتجاه "أعلى" أو "أسفل".
غير أن التلسكوبات الانكسارية المستخدمة في رصد الأجسام على الأرض تحتاج إلى ترتيب محدد للعدسات أو الجمع بين العدسات والمرايا من أجل إعادة الشكل المرئي بالصورة الصحيحة غير المقلوبة.
– التلسكوب العاكس
تبدو العديد من التلسكوبات العاكسة مختلفة عن التلسكوبات الانكسارية، فهي لا تحتوي على أسطوانة تربط بين الأجزاء التي يتكوّن منها التلسكوب.
وكي نرى الأشياء المُعتمة، يقوم هذا النوع من التلسكوبات بتجميع كمية كبيرة من الضوء، ولابدّ أن تكون ذات عدسات عريضة جداً.
لكن صنع العدسات العريضة مُكلف وصعب، ذلك لأن هذه العدسات ثقيلة ويمكن أن تنحني بسبب وزنها الزائد، ما يؤدي إلى إنتاج صور مشوهة.
ومن الأسهل أن يجري تصنيع مرايا كبيرة من مواد خفيفة، وهذا ما يجعل أضخم أنواع التلسكوبات أن تكون تلسكوبات عاكسة.
تستعمل التلسكوبات العاكسة من جانب الفلكيين، وغالباً ما يتم بناؤها في أعالي الجبال وفوق مستوى الغيوم.
وبدلاً من العدسة الشيئية، تستخدم التلسكوبات العاكسة مرآة كبيرة مقوسة خلف التلسكوب وظيفتها عكس الضوء باتجاه الأمام على مرآة أخرى أصغر حجماً في المقدمة.
وتكون المرآة الثانية الأصغر حجماً ذات زاوية محددة بحيث تقوم بعكس الضوء على العدسة العينية التي تكبّر الأشياء أمام عين الراصد.
1- البحث في كيفية قيام السوائل المختلفة بإبطاء سرعة الضوء.
2- جعل جسم زجاجي يختفي
الأدوات التي تحتاجها:
– كوبان
– إبريق ماء
– زيت طهي
– زيت أطفال
– أعواد تحريك زجاجية (عدد 2) أو أي أجسام زجاجية صغيرة مصنوعة من الزجاج الشفاف
– شراب الذرة (لاستعماله في نشاط المتابعة)
خطوات العمل:
1- ضع كوباً في مكان ساطع الضوء، ولكن تأكد من عدم وجود حزمة ضوء قوية منبعثة من اتجاه واحد فقط. صب الماء في الكوب حتى ثلثه أو نصفه.
2- صب طبقة سميكة من زيت الطهي فوق الماء.
3- املأ نصف الكوب الثاني بزيت الأطفال.
4- ضع أعواد التحريك الزجاجية داخل الكوبين، ثم انظر الى الكوبين من الجهة الجانبية. ماذا ترى؟ هل ترى أن بعض أجزاء أعواد التحريك أقل وضوحاً من أجزائها الأخرى؟
قد يكون هذا النشاط أفضل نتيجة لو استخدمت عصير الذرة بدلاً من الزيتز ضع أداة التحريك الزجاجية في كوب، ثم صب عصير الذرة ستلاحظ أن الأداة قد اختفت لكنك مع ذلك تستطيع أن ترى شكلها الباهت إذا دققت النظر فيها.
جرب هذا النشاط مع أشكال أخرى من المواد الشفافةز بإمكانك مثلاً استعمال زجاج البيركس والنظارات القديمة ومكعبات الثلج والبلاستيك.
اغمس عدسة زجاجية مكبرة في الزيت أو عصير الذرة ولاحظ فيما لو أن تلك المواد تقوم بتكبير الأشياء.
وكي تجعل البيركس يختفي استخدم خليطاً من الزيوت الثقيلة والخفيفة بمعدل جزأين من الزيت الثقيل مقابل جزء واحد من الزيت الخفيف.
ماذا لو أن أعواد التحريك الزجاجية لم تظهر باهتة أثناء غمسها في الزيت؟
تؤثر درجة حرارة السوائل في النتائج في هذا النشاط. ويمكن الحصول على نتيجة أفضل في الأيام الباردة، التي يكون فيها الماء والزيت باردين، ما يؤدي إلى زيادة كثافتهما وزيادة درجة انكسار الضوء.
وفي حال كانت السوائل دافئة، ضعها في الثلاجة لمدة ساعة قبل أن تباشر تنفيذ التجربة.
تحليل النشاط:
لابدّ أنك لاحظت في النشاط الرئيس أن أداة التحريك الزجاجية قد أصبحت أقل وضوحاً وربما تلاشت عند مرورها عبر زيت الطهي، وكان من الأسهل رؤيتها في زيت الأطفال، بل وأكثر سهولة في طبقة الماء الموجودة في أسفل زيت الطهي.
تختفي أداة التحريك الزجاجية في السوائل التي يكون معامل انكسارها مماثلاً لمعامل انكسار الزجاج.
إن الأجسام الزجاجية شفافة، أي إننا نستطيع الرؤية من خلالها، لكننا نستطيع في الوقت ذاته أن نرى الزجاج نفسه.
والسبب في ذلك هو أن بعض الضوء ينعكس بعيداً عن الزجاج، ما يسمح لنا أن نرى التفاصيل على السطح، كما أن الأجسام الزجاجية ذات الأشكال المنحنية، مثل أدوات التحريك، تحني الضوء الذي يمر عبرها، ما يجعل أي شيء يقع خلفها مشوهاً، وهذا يجعل رؤيتها أكثر سهولةً.
وتحني أدوات التحريك الزجاجية الضوء بدرجات أكبر عندما تكون في الهواء، ذلك لأن معامل انكسار الزجاج يختلف عن معامل انكسار الهواء، لذلك تحني تلك الأدوات أو أعواد التحريك الضوء بدرجة أقل عندما تكون في الماء، لكنها تظل سهلة الرؤية.
وللزيت معامل انكسار قريب جداً من معامل انكسار الزجاج، لذلك فإن الضوء ينحني بشكل بسيط عندما يمر عبر أدوات التحريك المغموسة في الزيت. وهذا يفسر سبب عدم وضوح رؤيتها.
وإذا وضعت أدوات التحريك في عصير الذرة فستصبح غير مرئية تقريباً. إن معامل انكسار عصير الذرة يماثل معامل انكسار الزجاج، لذلك فإن الضوء يسير بصورة مستقيمة عبر أدوات التحريك دون أي تشويه في شكلها.
وربما تظل صورة أدوات التحريك الزجاجية غير واضحة تماماً بسبب بعض العيوب في الزجاج.
استخدام الانكسار
يستخدم خبراء الأمن الجنائي الزيوت لحساب معامل انكسار الأجسام الشفافة الموجودة على مسرح الجريمة.
يقوم هؤلاء الخبراء بغلي الزيت إلى أن تختفي المادة من أجل معرفة معامل انكسار الزيت عند درجة الحرارة هذه، وبالتالي يكتشفون معامل انكسار العيّنة، ويساعدهم ذلك على معرفة مصدر المادة التي قد تقدّم لهم حلولاً أساسية لبعض الألغاز الغامضة.
والطريقة الثانية التي تستطيع من خلالها أن ترى تاثيرات الانكسار هي قوس قزح. يظهر قوس قزح عندما تشرق الشمس على قطرات المطر في زاوية معينة، وينحني الضوء (ينكسر)
عند دخوله كل قطرة مطر، ثم يرتد (ينعكس) من خلف قطرة المطر ليعاود الانحناء مرة ثانية عند خروجه منها. وتنحني الألوان المختلفة بمقادير مختلفة ما يؤدي إلى انفصالها، كما هو الحال في الموشور.
اصنع قوس قزح عن طريق مرش الحديقة أو المرذاذ. قف والشمس من خلفك في صباح أو عصر يومٍ مشرق وقم برش الماء أمامك. كم عدد الألوان التي يمكنك مشاهدتها؟ اقفز عبر قوس قزح لترى فيما لو أنك ما زلت تستطيع مشاهدته من الجانب الآخر.
طريقة غريبة لصيد الأسماك
يلجأ صيادو الأسماك في بعض أنحاء العالم إلى الخوض في مياه البحر لاصطياد سمكة تلو الأخرى بواسطة الحراب.
وبسبب انكسار الضوء تبدو السمكة من الأعلى أبعد مما هي عليه في الواقع، لذلك يقوم الصيادون بالتعويض عن ذلك من خلال تسديد الحربة على نقطة تبدو أقرب من السمكة.
حيوانات غير مرئية
هناك العديد من الحيوانات البحرية، مثل قنديل البحر أو العوالق البحرية، التي تملك أجساماً شفافة.
ولأن نسيج أجسامها له معامل الانكسار ذاته الذي يمتاز به ماء البحر، فإنها تكاد تكون غير مرئية، ما يساعدها على الاختباء من الحيونات المفترسة.
سراب برّاق
إن ظاهرة السراب التي غالباً ما نراها في الصحراء ناتجة عن انكسار الضوء في الهواء الحار.
فعندما ترتفع درجة حرارة الأرض تسخن طبقة الهواء التي تقع فوقها مباشرة وتتمدد، ما يجعل معامل انكساره منخفضاً.
وبفعل تلك الحرارة العالية ينكسر الضوء المنبعث من النباتات والصخور أو السماء فيبدو كما لو أنه منبعث من الأرض.
وإذا كانت السماء صافية فإن بقعة زرقاء لامعة قد تظهر على الأرض، وغالباً ما يظن المسافرون عبر الصحراء الذين يشعرون بالظمأ أن تلك البقع اللامعة من السراب هي بُرك ماء، وما إن يقتربوا منها حتى تتلاشى. يظهر مشهد "بُرك الماء" نفسه في بعض الأحيان على طرقات السفر في أيام الصيف الحارة.
ضع مصاصة شراب في كأس من الماء، وستبدو المصاصة منحنية في المكان الذي دخل فيه الماء.
وتحدث هذه الظاهرة لأن الضوء المنبعث من مصاصة الشراب يغيّر اتجاهه عندما يتحرك خارج الماء. نسمي هذه الظاهرة بالانكسار.
ليس هناك ما هو أسرع من الضوء. لكن سرعة الضوء ليست ثابتة، إذ إنها تتغير تبعاً للوسط الذي يمر من خلاله الضوء.
وينتقل الضوء بأقصى سرعته في الفضاء، وأقل من ذلك نوعاً ما في الهواء، وأقل من ذلك أيضاً في الماء وأبطأ ما يمكن في الأجسام الشفافة (التي يمكن الرؤية من خلالها)، مثل الزجاج.
عندما ينتقل الضوء من مادة أو وسط لآخر، تتغير سرعته، وتتباطأ تلك السرعة، على سبيل المثال، عندما يمر الضوء من الهواء إلى الزجاج.
وحين تسقط الحزمة الضوئية على الوسط الجديد بزاوية ما، يؤدي التغيير في سرعة الضوء إلى انحناء تلك الحزمة. يسمى هذا التغير في الاتجاه بالانكسار.
ولكي نعرف مقدار الحزمة الضوئية المنكسرة، نقوم بقياس زاويتها. تُقاس الزاوية من خط التعامد – وهو خط وهمي ذو زاوية قائمة مع سطح الزجاج أو الماء أو أي وسط يقع عليه الضوء.
وعندما ينتقل الضوء من وسط سرعة الضوء فيه أكبر، كالهواء مثلاً، إلى وسط سرعة الضوء فيه أقل، كالزجاج مثلاً، فإنه ينحني باتجاه خط التعامد.
وبالعكس، إذا انتقل الضوء من وسط سرعة الضوء فيه أقل إلى وسط سرعة الضوء فيه أكبر، فإنه ينحني بعيداً عن خط التعامد.
أما إذا كانت سرعة الضوء في الوسطين واحدة فإن الضوء يعبر من وسط إلى آخر في خط مستقيم.
يقارن العلماء سرعة الضوء عبر أي وسط ناقل مع سرعته في الفضاء (الفراغ). وينتج عن تلك المقارنة عدد يسمى "معامل الانكسار".
وكلما كانت سرعة الضوء في الوسط أقل زاد معامل انكسار الضوء لذلك الوسط، وأصبحت حزمة الضوء أكثر انحناءً عند دخولها ذلك الوسط.
ويكون الضوء أقل سرعة في بعض العناصر لأن جزيئاتها (الجسيمات الدقيقة) تجعل من تقدم الضوء بطيئاً، أما في الفضاء فليس هناك أي جزيئات، ما يجعل ضوء الشمس ينتقل بسرعته القصوى نحو الأرض، ونقول إن معامل انكسار الضوء هنا هي "واحد".
عندما يدخل الضوء المنبعث من الشمس غلافنا الجوي، تعمل جزيئات الهواء على الإبطاء من سرعته، لكن جزيئات الهواء تنتشر بأقل كثافة ممكنة، وهذا ما يجعل التغيير في سرعة الضوء ضئيلاً أيضاً.
إن للهواء معامل انكسار مشابهة جداً لمعامل الانكسار في الفراغ. ويبلغ هذا المعامل على وجه الدقة 1.000293، ونتيجة لذلك، نادراً ما تنحني أشعة الشمس عندما تدخل الغلاف الجوي.
تتكوّن السوائل الشفافة كالماء من جزيئات متراصّة أكثر مما هو الحال في الغاز، ويؤدي هذا إلى إبطاء سرعة الضوء بصورة ملحوظة، ما يقودنا إلى القول إن معامل الانكسار بالنسبة للسوائل أكبر مما هو عليه الحال في الغازات.
كما أن الأجسام الصلبة الشفافة، كالزجاج أو الماسّ، تعدّ من الأجسام ذات الجزيئات شديدة التلاصق، وهي بالتالي تعمل على تباطؤ سرعة الضوء أكثر مما تفعله السوائل.
إن معامل الانكسار للماسّ هو الأعلى على الإطلاق، إذ يبلغ 2.419، لذا فإن انكسار الضوء في الماسّ كبير جداً بحيث ينحصر الضوء داخله ليعاود الانتشار والارتداد باتجاهات مختلفة قبل خروجه، وهذا ما يفسّر الشكل المتلألئ الذي يتميز به الماسّ.
إن غالبية الأجسام الصلبة ليست شفافة، فبدلاً من أن تسمح للضوء أن يمر عبرها تقوم بامتصاص ذلك الضوء أو تعكسه، وهذا ما يفسّر سبب رؤيتنا لهذه الأجسام الصلبة.
موشور نيوتن
قام العالم الإنكليزي إسحاق نيوتن (1642 – 1727) في عام 1666 باكتشاف رائع أثناء دراسته للموشور (إسفين زجاجي مثلث).
فقد وجد (نيوتن) أن حزمة ضوء الشمس التي تمر عبر الموشر قد انحنت وانشطرت لتشكل كل ألوان قوس قزح، وسبب هذا الأثر هو عملية انكسار الضوء.
عندما يدخل الضوء أحد جوانب الموشور ينحني قليلاً، ثم لا يلبث أن ينحني مرة ثانية عندما يخرج من الموشر.
وتتكسر الألوان المختلفة المكونة للضوء الأبيض بمقادير مختلفة أكبرها اللون البنفسجي وأقلها اللون الأحمر، أما بقية الألوان فتقع فيما بينهما.
ويتشكل قوس قزح بهذه الطريقة نفسها، ولكن بواسطة المليارات من قطرات المطر التي تعمل كمواشير منفصلة.
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.
هل تساءلت مرةً عن السبب الذي يجعل المكبِّر يظهر الأشياء أكبر حجماً مما هي عليه في الواقع؟
يمكنك أن تكتشف في هذا الفصل كيف تصنع مكبراً ضخماً من حوض سمك الزينة الزجاجي وتستعمله في عكس وتركيز أشعة الضوء.
يستطيع الضوء أن ينتقل عبر الكثير من الأجسام أو الأوساط كالماء والزجاج والهواء والفراغ (المكان الخالي من أي مادة).
وتختلف سرعة الضوء بحسب الوسط الذي ينتقل الضوء من خلاله. ويسير الضوء على أسرع وجهٍ في الفراغ، بينما تكون سرعته أكثر بطئاً عندما يدخل وسطاً آخر مثل الهواء، كما أن التغيير في سرعة الضوء يسبب تغييراً في اتجاهه أيضاً.
حول منحنى الضوء
يُسمى انحناء الضوء بهذه الطريقة "الانكسار"، وتحدث هذه الظاهرة عندما تصطدم الحزمة الضوئية بالحد الفاصل بين وسطين في زاوية معينة.
ويطلق العلماء على مقدمة حزمة الضوء اسم "جبهة الموجة". ويمكن أن نشبّه جبهة الموجة بمحور السيارة مع عجلة في نهاية كل طرف من هذا المحور.
ويمكنك أن تتصور جبهة الموجة تتدحرج عبر الهواء باتجاه لوح زجاجي. إذا كانت حزمة الضوء تسقط بزاوية مع الزجاج، فإن أحد طرفي جبهة الموجة.
ولنقل الطرف الأيسر، سيصطدم بالزجاج قبل الطرف الآخر. يؤدي هذا إلى تغيير سرعة الجانب الأيسر لجبهة الموجة قبل الجانب الأيمن.
وإذا تابعنا حركة العجلة والمحور التشبيهية لرأينا أن العجلة في الجانب اليسار تتباطأ، بينما تحافظ العجلة إلى اليمين على سرعتها– حيث يبدأ المحور بالدوران نحو اليسار.
وعندما تصل الزاوية اليمنى من جبهة الموجة إلى الزجاج، فإنها تتغير أيضاً إلى سرعة بقية الحزمة الضوئية، لكن جبهة الموجة عندئذٍ تسير في اتجاه مختلف، أي إن الضوء عندها يكون قد انكسر أو انحنى.
والعدسات هي أجسام شفافة ذات سطحٍ كروي، وبسبب شكلها فإنها تعمل على انحناء الضوء باتجاه نقطة واحدة عن طريق عملية الانكسار.
ونستخدم العدسات كي "نركّز" الضوء في صورة تختلف من حيث الحجم عن الصورة الأصلية.
وبهذه الطريقة نستطيع من خلال التلسكوبات رؤية الأشياء التي تقع على مسافات بعيدة جداً عنا.
وعلى نحو مماثل، تقوم العدسات الموجودة في الميكروسكوبات (المجاهر) بتكبير الصورة التي نشاهدها والتي لا يمكن أصلاً أن نراها بالعين المجردة لصغر حجمها.
فالعدسات تعمل بسبب انحناءاتها باتجاهات معاكسة في جانبيها، لذلك ينحني الضوء باتجاه واحد عند دخوله العدسة، ثم يسلك طريقاً معاكساً لدى مغادرته لها.
2- توضيح أننا نرى أطوالاً موجية ضوئية مختلفة على شكل ألوان مختلفة.
الأدوات التي تحتاجها:
– لوحان مربعان من البليكسيغلاس (نوع من البلاستيك) بمساحة قدم مربع تقريباً (30 سم مربع) وسماكة نصف بوصة (3 ملم) تقريباً
– قطعة قماش نظيفة
– صابون وماء
– شريط لاصق ومقص
– لوح من الورق بلون داكن أو أسود
– مصباح طاولة
خطوات العمل
1- نظّف وجهي كل مربع من مربعي بلاستيك البليكسيغلاس تنظيفاً جيداً بالماء والصابون.
اشطفهما بكمية وافرة من الماء، ثم جفف سطحيهما بقطعة قماش نظيفة وناعمة.
2- اضغط اللوحين المربعين بشكل قوي مع بعضهما بعضاً، ثم الصق الأطراف معاً. قد تحتاج لمساعدة شخص آخر للقيام بهذه الخطوة.
3- الصق اللوح الورقي الأسود على أحد سطحي المربع.
4- أمسك الجهة المغطاة بالورقة السوداء من المربع تحت ضوء مصباح الطاولة.
5- بإمكانك أن تشاهد ألون قوس قزح على اللوح البلاستيكي، والتي تسببها موجات الضوء المتداخلة فيما بينها. اثنِ برفق اللوح ولاحظ كيف تتبدل ألوان قوس قزح.
هناك طريقة أخرى لتكوين أشكال لونية متداخلة باستخدام قطرة من الزيت.
ضع بضع قطرات من زيت المحركات أو زيت الدراجات على طبق يحوي كمية من الماء، ثم ضع المجموعة تحت ضوء الشمس.
يطفو الزيت على الماء وبعد ثوان قليلة ينتشر الزيت مكونا طبقة رقيقة جدا.
تتداخل أشعة الضوء المنعكسة من أعلى الطبقة وأسفلها لتحدث أشكالا ملونة.
وبإمكانك أن تصنع ألوان قوس قزح عن طريق أقراص الحاسوب المضغوطة.
استعمل القسم الخلفي من القرص كمرآة لتعكس أشعة الشمس أو ضوء مصباح الجيب الكهربائي على ورقة بيضاء، وعندها سيظهر قوس قزح مذهل أمام عينيك.
تتشكل الألوان لأن الضوء ينعكس من تجاويف صغيرة موجودة داخل طبقة الألمنيوم الموجودة على القرص.
ويتداخل الضوء المنعكس من أسفل التجاويف الدقيقة مع بقية الضوء المنعكس ملغياَ بذلك أو معززاَ الألوان المختلفة.
ما العمل إن لم أتمكن من مشاهدة أي من ألوان قوس قزح؟
إذا لم تتمكن من مشاهدة الأشكال الملونة على لوح البلاستيك، افصل اللوحين عن بعضهما وضع طبقة رقيقة من زيت المحركات على أحد هذين اللوحين.
اطلب من أحد الكبار أن يساعدك للقيام بهذه المهمة، ثم أعد لصق اللوحين من الأطراف على أن يكون زيت المحرك في الوسط.
تحليل النشاط:
إن الشكل الملوّن الذي شاهدته في المربع البلاستيكي كان سببه التداخل، فقد انعكس الضوء الأبيض من المصباح بعيداً عن أسفل لوح بلاستيك "بيكسيغلاس" الأول، وكذلك من أعلى اللوح الثاني.
وقد جرى فصل اللوحين بطبقة رقيقة جداً من الهواء (أو الزيت). وبسبب هذه الفجوة، تصبح الموجات المنعكسة من على سطح اللوحين العاكسين متعاكسة في الطور.
وظهرت الألوان في مكان تداخل الموجات الضوئية – تماماً كما يحدث في المياه الهائجة في البحيرة.
يتألف اللون الأبيض من العديد من الألوان الضوئية، كما أن لون الضوء هو مقياس الطول الموجي لحزمة الضوء.
وتستطيع أعيننا أن تكتشف الطول الموجي للضوء، بينما يقوم دماغنا بتخصيص لون معياري له، وهو اللون الذي نستطيع رؤيته.
وعلى سبيل المثال، يملك اللون الأحمر طولاً موجياً أكثر طولاً من اللون الأخضر، بينما يكون الطول الموجي للون الأخضر أكثر طولاً من الضوء الأزرق.
إن الأشكال اللونية التي رأيناها على اللوح البلاستيكي سببها الاختلاف في الطول الموجي للموجات أو الألوان في الضوء الأبيض الذي تبدد بسبب التداخل الهدّام، ما سمح لموجات الضوء ذات الأطوال الموجية الأخرى أن تنتقل إلى مجال الرؤية البصرية لديك.
إن عرض الفجوة بين الصفيحتين البلاستيكيتين تؤثر في عملية حذف الألوان بعضها بعضاً.
وإذا كان عرض الفجوة يبلغ نصف عرض الطول الموجي للضوء الأزرق، فإن مجموعتي الموجات ستصبحان متعاكستين في الطور وتلغي بعضهما تماماً.
والحقيقة هي أن الفجوة تكون أعرض بعدة مرات من الطول الموجي لموجة الضوء، لكنها مع ذلك تؤثر في أطوار مجموعتي الموجات بالطريقة ذاتها.
إن الفجوة الواقعة بين الصفيحتين غير مستوية تماماً، لذلك لابدّ أنك قد شاهدت ألواناً مختلفة في أماكن مختلفة.
وإذا ما ثنيت قطعتي البلاستيك أو قمت بضغطهما معاً، فإنك ستشاهد الأشكال الملوّنة منتشرة ومتغيرة بسبب التغيير في عرض الفجوة.
ينتقل الضوء، مثل الماء، على شكل موجات يمكن أن تجتمع وتتداخل فيما بينها، وينتج تداخل الموجات الضوئية وميضاً من الألوان على سطح فقاعات الصابون أو بقع الزيت أو أجنحة الطائر الطنان.
يفكّر العلماء بالضوء على أنه سلسلة من الموجات تتدحرج عبر الفضاء. وتتصرف الموجات الضوئية بالطريقة ذاتها التي يتموج فيها ماء البركة عندما يلقي أحدهم حجراً على سطحها.
يسبب الحجر موجات دائرية تبدأ من النقطة التي يسقط عليها الحجر. والضوء المنبعث من الشمس يتحرك بصورة متشابهة.
قارن بين الموجة التي ترتطم بأحد شواطئ هاواي والموجة التي تصنعها بنفسك في حوض الاستحمام.
كلاهما موجات، لكن أمواج البحر أكبر بكثير من تلك التي تصنعها أنت داخل الحمام.
نستطيع قياس الموجة بطرائق متعددة. يُطلق على ارتفاع قمة الموجة مصطلح سعة الموجة، حيث إن سعة موجة البحر أكبر من سعة الموجة في حوض الاستحمام.
في حين تسمى المسافة بين قمة الموجة وقمة الموجة التي أمامها بالطول الموجي، كما أن عدد أطوال الموجات التي تقطعها الموجة في الثانية الواحدة تسمى التردد.
إن لموجات الضوء تردداً وسعة وطولاً موجياً، كما هو الحال بالنسبة لجميع الموجات الأخرى.
وإذا قارنا الموجات الضوئية بموجات الماء فإننا سنجد أن الطول الموجي لموجات الضوء صغيرة، بينما تردداتها عالية جداً، وهذا يجعل من موجات الضوء موضوعاً أكثر صعوبة في دراسته.
تخيّل خزانين ماء، يسقط على أحدهما وزن من ارتفاع محدد، ثم ينتج عن سقوط ذلك الوزن تموجات ذات تردد مقداره طول موجي واحد بالثانية.
وبعد نصف ثانية يسقط على خزان الماء الآخر وزن مماثل من الارتفاع نفسه، وتحدث تموجات مماثلة، غير أن ذروة الموجات تتأخر نصف ثانية ونصف طول موجي مقارنة مع المجموعة الأولى.
والحقيقة هي أن الموجة الأولى تكون عند الذروة (+1 سعة) عندما تكون الثانية عند قاع الموجة (-1 سعة)، ويمكنك أن تتصور لو أننا وصلنا مجموعتي الموجات تلك معاً.
ستكون النتيجة النهائية عدم وجود أي موجات على الإطلاق.
إن مثل هذه الموجات، التي لا تعلو وتهبط في الوقت نفسه، والتي لا تتطابق من حيث الذروة وقاع الموجة، توصَفُ على أنها مختلفة في الطور.
قياس الموجات
كل موجة لها طول موجي (المسافة بين ذروتين) وسعة (ارتفاع القمة أو عمق قاع الموجة). إن طول الموجة الضزئية هي الخاصية التي تحدد لون الضوء.
الموجات المتداخلة
تصوَّر لو أنك أجريت التجربة السابقة ذاتها على خزان واحد كبير للمياه، حيث نقوم بإسقاط الأوزان على أجزاء مختلفة من الخزان، ثم تسير الموجات نحو بعضها بعضاً.
ماذا ستشاهد عندما تلتقي الموجات؟ تتوقف الإجابة عن ذلك على طور الموجات.
عندما تصطدم الموجات مع بعضها وتتحد، يقول علماء الفيزياء إن الموجات تتداخل فيما بينها.
ويمكن للموجات أن تتداخل بطريقتين: إما أن تتحد كي تكوّن موجة أكبر، أو أنها تلغي بعضها بعضاً، مكوّنةً موجة أصغر أو تتلاشى دون أن تكوّن شيئاً على الإطلاق.
إن الموجات التي تكون متفقة في الطور، والمقصود بذلك الموجات التي تبلغ قمتها وقاعها في الوقت نفسه، تصنع موجات أكبر، أما الموجات التي تكون متعاكسة في الطور فتلغي بعضها بعضاً.
عندما تتداخل أمواج المحيطات فإنها تنتج مياهاً هائجة. ولكن ماذا عن موجات الضوء؟
يمكنك أن تشاهد ما سيحصل عندما تتداخل الموجات الضوئية إذا نظرت إلى فقاعات الصابون، فعندما يصطدم الضوء بفقاعة الصابون يمكن أن يحصل واحد من ثلاثة أشياء:
يمكن أن يخترق طبقة الماء الرقيقة التي تشكّل غشاء الفقاعة؛ ويمكن أن ترتد من أعلى الغشاء المائي للفقاعة، أو قد تنعكس من أسفل طبقة الفقاعة، لذلك فإن الضوء المنعكس يأتي من موضعين مختلفين قليلاً.
وكنتيجة لهذا، فإن مجموعتي الموجات الضوئية تكون غير متفقة في الطور، وبالتالي عندما تتداخل فإن بعض ألوان الضوء (الأطوال الموجية) تلغي بعضها بعضاً، بينما يشتد بعضها الآخر قوة ليكوّن شكلاً ملوناً يتبدل مع تبديلنا نقطة الرؤية.
وهناك أمثلة كثيرة على تداخل الموجات الضوئية من حولنا. إن الزجاج المتصدّع وعدسات العين المطلية والخلائط الزيتية كلها تنتج ألواناً متألقة بفضل عملية التداخل.
وتتشكل الألوان القُزحية التي نجدها في الكثير من الحيوانات بالطريقة نفسها. إن ريش الطاووس والطير الطنان.
على سبيل المثال، تنتج الألوان عن طريق التداخل، كما هو الحال أيضاً بالنسبة للعديد من أصناف الفراشات والخنافس الاستوائية.
– قطعة من الزجاج بمساحة قدم واحد مربع تقريباً (30 سم مربع)
– لوح من فيلم مايلر، يكفي لتغطية القطعة الزجاجية. تستطيع شراءه من أحد مخازن الخردوات كغطاء مانع للضوء الساطع من النوع الذي يستعمل على النوافذ
– شريط لاصق قماشي
– مصباحان كهربائيان
– قطع كبيرة من صلصال اللعب
– مساعد
خطوات العمل:
1– قم بتغطية أحد جانبي الزجاج بفيلم مايلر، وتأكد من أن الفيلم موضوع بشكلٍ مستو على الزجاج.
2- الصق الفيلم بحرص على أطراف اللوح الزجاجي بواسطة الشريط القماشي اللاصق. استخدم المزيد من هذا الشريط اللاصق لتغطية الأطراف الحادة من الزجاج.
3- أدخل قاعدة المرآة في الصلصال بحيث تقف بشكل قائم على الطاولة، وإذا لم يتوافر لديك صلصال اللعب، بإمكانك استخدام رزمة من الكتب الثقيلة مثبتة مع بعضها بواسطة حلقات من المطاط. عليك أن تتأكد من ثبات المرآة قبل أن تبعد يديك عنها.
4- ضع المصباحين على الطاولة، ثم اجعل الغرفة معتمة قدر الإمكان، وذلك من خلال إسدال الستائر وإطفاء كل الأنوار.
اجلس أنت ومساعدك على جانبي المرآة بحيث يقابل كل منكما الآخر. تبادلا الأدوار وذلك بإدارة زر الإنارة لتسليط الضوء على الوجه بينما تنظران إلى المرآة. حاولا في تلك التجربة إضاءة مصباح واحد في كل مرة، ثم جربا العملية بإنارة المصباحين في آن معاً.
بقليل من التدريب سيصبح بإمكانك استخدام المرآة ثنائية الاتجاه كي تجمع الوجهين معاً وتصنع وجهاً غريباً شبحي المظهر.
إن أسهل طريقة للقيام بذلك هي استخدام المصابيح التي يمكن تخفيت نورها عن طريق مفتاح التشغيل، وإذا لم يكن ذلك متيسراً أو لم تتوافر لديك وصلة خاصة بذلك بإمكانك استخدام مصباح الجيب الكهربائي.
كرر هذا النشاط ولكن في هذه المرة ابقِ كلا المصباحين منارين. انظرا الى المرآة بحيث يكون كل منكما في مواجهة الآخر بشكل مباشر.
بعد ذلك ينبغي لأحدكما أن يخفض الإنارة بصورة تدريجية (أو أن يبعد ضوء مصباح الجيب عن وجه الطرف الآخر ببطء).
سيرى الشخص في الجانب المظلم انعكاس صورته يتلاشى تدريجياً، بينما تظهر صورة الشخص الآخر على نحو أوضح.
قم بتعديل موضعك بحيث تكون عيناك وأنفك وفمك على اتساق واحد قدر الإمكان مع وجه الشخص الآخر، وإذا تابعت تعديل إنارة المصابيح سيكون بإمكانك مزج الوجهين معا.
وعندما يندمج الوجهان، حاولا فتح الفمين معا أو أن تحركا عينيكما في الوقت نفسه لتشاهدا كيف سيبدو الوضع عندئذ.
تحليل النشاط:
لا تختلف المرآة التي صنعتها بنفسك كثيراً عن غيرها من المرايا الموجودة في منزلك.
غير أنه على عكس تلك الأصناف من المرايا، هذه المرآة ثنائية الاتجاه.
والمقصود بذلك أن بعضاً من الضوء ينعكس في كل جانب من جانبي المرآة، بينما ينتقل الجزء الآخر من الضوء من خلال المرآة إلى الجانب الآخر.
إن المرآة في حمام منزلك تعكس كامل الضوء الذي يقع عليها، وقد تكون تلك المرآة مصنوعة من زجاج داخل طبقة رقيقة من الطلاء الفضي أو طلاء الألمنيوم من جهتها الخلفية، ويوجد خلف ذلك أيضاً طبقة من الخشب أو الجدار المثبتة عليه.
يأتي الضوء هنا من جانب واحد – الجانب الذي تنظر إليه – لذلك تستطيع أن ترى الأشياء الموجودة على ذاك الجانب من المرآة فقط.
أما المرآة ثنائية الاتجاه فتستطيع أن تكوّن صوراً منعكسة من الجانبين. والسبب هو عدم وجود جدار أو لوح خشبي خلف المرآة، ولذلك يتم انعكاس الضوء من جانبي المرآة.
وعلى عكس مرآة الحمّام التي تعكس كامل الضوء الواقع عليها فإن زجاج النافذة النظيف يسمح لكل الضوءالواقع عليه بالمرور.
وبمعنى آخر، فإن الضوء عبر. والمرآة ثنائية الاتجاه أيضاً تسمح بمرور الضوء، ولكن ليس الضوء بالكامل، حيث يرتد نصف الضوء الواقع على المرآة منعكساً إلى الناظر، بينما يمر النصف الآخر من الضوء مخترقاً المرآة نحو الشخص في الجانب الآخر من المرآة.
ما العمل إن لم أستطع الرؤية من خلال المرآة ثنائية الاتجاه؟
تختلف بعض أنواع فيلم ماير من حيث السماكة، لذلك قد تحتاج لأن تستخدم نوعاً أقل سماكة.
وقد يكون من الأفضل أن تقوم بالنشاط ليلاً كي تتمكن من أن تجعل الغرفة مظلمة حقاً. وتحقق من أن يكون وجهك مُناراً بالكامل بواسطة المصابيح.
وحاول أيضاً عدم تسليط الضوء على وجه الشخص الآخر.
انظر إلى الجانب الساطع
لابدّ أنك قد شاهدت في النشاط الرئيس انعكاساً لوجهك عندما كان مصباحك مناراً.
وعندما كان ضوء مصباح شريكك في الجانب الآخر مُطفأً لم يمر سوى القليل من الضوء إلى الطرف الآخر، وبهذا فإن كامل الضوء تقريباً الذي شاهدته في المرآة كان منعكساً من جانبك، ونتيجة لذلك فإن الشيء الوحيد الذي تمكنت من رؤيته كان انعكاس صورتك.
عندما كان ضوءك مطفأً وضوء شريكك مفتوحاً فلابدّ أنك شاهدت شيئاً مختلفاً تماماً.
ذلك لأن جانب المرآة من الجهة التي تجلس فيها كان مظلماً، ما أدى إلى انعكاس القليل من الضوء، لكن كمية أكبر من الضوء كانت تمر من الجانب الآخر، ولابدّ أنك شاهدت وجه شريكك في المرآة، ربما مع انعكاس ضعيف لوجهك ذاته.
ضوء خافت وضوء أكثر خفوتاً
عندما كان المصباحان في حالة تشغيل من الجانبين لعلك شاهدت انعكاس صورتك فقط، لكنك لابدّ أنك شاهدت أيضاً صورة باهتة للشخص الآخر، ولو كان لديك زر لتعتيم الإنارة وقمت بتعتيم الضوء لأصبحت صورة الشخص الآخر أكثر وضوحاً.
وفي نشاط المتابعة، عندما يتم تعتيم ضوء أحد المصباحين يصبح الضوء المنبعث من الجانب الساطع مرئياً في الجانب المظلم.
وإذا كان الفرق في شدة الإضاءة كبيراً فإن منظر الجانب الأكثر إضاءة وحده سيكون مرئياً، رغم أن الصورة الباهتة المنعكسة من الجانب المظلم قد تظل موجودة وستظهر صورة الناظر وحده على الجانب الساطع.
ولو أنك تابعت تجربتك لفترة كافية عن طريق أزرار تعتيم الإنارة أو مصباح الجيب فإنك تستطيع دمج وجهيكما معاً.
إن دماغك الذي يُحسن تمييز شكل الوجه سيأخذ صورة الوجهين ثم يدمجهما في وجه واحد – حتى ولو كانت ملامح الوجهين في حالة تغيّر مستمر.
سلوك المشتبه بهم
تُستخدم هذه المرايا، كتلك التي صنعتها، في مراكز الشرطة للكشف عن المجرمين عندما يُطلب من الضحايا التعرف إلى المجرم.
يقف المشتبه به مع عدد مختار من الأفراد العاديين داخل غرفة مضاءة بإنارة ساطعة وهم ينظرون إلى أنفسهم في المرآة.
وعلى الجانب الآخر في غرفة أقل إنارة، تقوم الضحية ورجال الشرطة بالنظر من خلال المرآة من دون أن يتكمن الأشخاص المصطفون من رؤيتهم.
ويترتب على عناصر الشرطة عدم فتح زر الإنارة داخل غرفتهم تجنباً لرؤية المشتبه به لمن يدلي بالدليل ضده.
المرآة على الجدار
ترتبط الزاوية التي تسقط فيها حزمة الضوء على المرآة بشكل وثيق بزاوية حزمة الضوء المنعكسة.
إن الحزمة الضوئية التي تسير بزاوية 90 درجة (زاوية قائمة) باتجاه المرآة ستنعكس باتجاه الخلف بصورة مستقيمة.
والسبب في ذلك يكمن في أن زاوية السقوط (زاوية الحزمة الضوئية الواردة) تساوي دائماً زاوية الانعكاس ذاتها (زاوية الحزمة المنعكسة).
وتقاس زاوية السقوط من خط وهمي يقع عند زاوية 90 درجة بالنسبة للمرآة. ويسمي علماء الفيزياء هذا الخط بـ "خط التعامد".
ويمكن لحزمة ضوئية تسير بزاوية 20 درجة باتجاه خط التعامد أن تصنع حزمة ضوئية منعكسة بزاوية 20 درجة من الجانب الآخر لخط التعامد، وهذا يفسر سبب ارتداد صور المرآة من الخلف إلى الأمام.
ويكون الضوء المنعكس متطابقاً مع الضوء الوارد، باستثناء وقوعه على الطرف الآخر من خط التعامد.
تختلف الصورة التي تعكسها المرآة عن تلك التي تنتج عن الجسم الواقف أمامها بطريقة مهمة جداً: فصور المرآة معكوسة من اليسار إلى اليمين.
وبعبارة أخرى، فإن جانب الصورة الأيسر يظهر إلى اليمين، بينما يظهر الجانب الأيمن إلى اليسار.
فعلى سبيل المثال، لو أنك غمزت لنفسك في المرآة بعينك اليسرى، فإنك سترى عينك اليمنى هي التي تغمز في الصورة التي تعكسها المرآة، إلا أن الجانب العلوي يظل في الأعلى والسفلي في الأسفل.
يمكن أن تسبب صور المرآة بعض الإرباك. حاول أن تمسك هذه الصفحة وتوجهها قبالة المرآة لترى فيما لو كنت تستطيع قراءة الصورة المنعكسة.
ستجد أن كل كلمات الصفحة معكوسة الاتجاه، غير أنك قادر على قراءتها. والمهمة الأكثر صعوبة هي أن تحاول الكتابة في المرآة.
ضع مرآة أمام قطعة من الورق ثم حاول أن تكتب اسمك بحيث تستطيع قراءته بشكل طبيعي في المرآة، ستجد أن عليك أن تكتب بصورة معكوسة ومن الخلف إلى الأمام في الوقت نفسه!
استخدام المرآة
قبل أن يتم اختراع المرآة، اضطر الناس للنظر في صفحات الماء أو في صفائح معدنية مصقولة كي يروا أنفسهم، لكننا اليوم نستخدم المرآة لجميع الأعمال وليس فقط للتأكد من مظهرنا.
والمرآة أساسية للسيارات والشاحنات كي يستطيع السائق أن يرى حركة الطريق خلفه.
وهناك استعمال آخر لا يقل أهمية للمرآة، وهو استخدامها في التلسكوبات (المقراب) التي يستخدمها الفلكيون لمراقبة الأجسام البعيدة المنتشرة في الفضاء.
ويستخدم تلسكوب "هابل" الفضائي أكبر وأملس مرآة في العالم كله من أجل تجميع الضوء من النجوم الخافتة جداً.
ويكون شكل مرايا التلسكوب أشبه بالأحواض الزجاجية الضخمة التي تقوم بتجميع الضوء المنتشر في مساحة واسعة ومن ثم تركيزها على مكشاف (مجسّ) صغير.
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)