نشاط عملي يوّضح طريقة صنع ظاهرة “قوس قزح” من خلال تشتت الضوء

2011 الطقس والمناخ

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

قوس قزح الضوء تشتت الضوء الفيزياء

الأهداف:

1- تمثيل تشتت الضوء بواسطة الغلاف الجوي، ما يجعل السماء زرقاء اللون وغروب الشمس أحمر اللون.

2- اكتشاف السبب الذي يجعل السماء تظهر أحياناً بألوان مختلفة وفي أوقات مختلفة من اليوم.

 

الأدوات التي تحتاجها:

– مصباح جيب بشعاع ضيق يعمل بالبطارية

– 4 – 6 أصابع غراء لاصق

– خلفية بيضاء (ورق جدران أو قماش)

– شريط لاصق شفاف

– مرشِّح (فلتر) استقطاب ضوئي (عدد 2)

– مساعد

 

خطوات العمل:

1– سلط ضوء مصباح الجيب عبر أحد نهايتي إصبع الغراء اللاصق، وامسك نهايته الثانية بمسافة تبعد نصف بوصة (1 سم) تقريباً عن الخلفية البيضاء.

لاحظ أن نهاية إصبع الغراء الأقرب إلى ضوء المصباح له لون مختلف عن النهاية الثانية القريبة من الخلفية البيضاء. لاحظ لون الدائرة المنارة على الخلفية البيضاء.

2- صِل اثنين من أصابع الغراء بتثبيت نهايتي كل منهما معاً بالشريط اللاصق الشفاف.

3- كرر الخطوة (1) ولاحظ أي فرق في الألوان على طول إصبعي الغراء اللاصق وفي الدائرة الملونة على الخلفية البيضاء.

بإمكانك إضافة المزيد من أصابع الغراء ووصلها ببعض بواسطة الشريط اللاصق وتكرار الخطوة (1). كيف تتغير الألوان لدى إضافة المزيد من أصابع الغراء؟

4- اطلب من شريكك أو شريكتك في التجربة وضع مرشِّحي استقطاب ضوئي على عينيه كالنظارات الشمسية.

وجّه إصبع الغراء نحوه وسلط ضوء مصباح الجيب ليمر شعاعه عبر إصبع الغراء. اطلب من زميلك تدوير المرشِّحين. ماذا تشاهد؟

5- إذا كان لديك مرشِّح استقطاب ضوئي واحد فقط ضعه بين إصبع الغراء وضوء المصباح، ثم دوّر المرشِّح. ينبغي أن ينظر أحدكما إلى المرشح من الجهة الجانبية.

 

تحليل النشاط:

أصدر مصباح الجيب ضوءاً يحوي جميع ألوان قوس قزح. يؤدي إصبع (أو ماسورة) الغراء اللاصق إلى تشتت (استطارة) الضوء الأزرق أكثر من الضوء الأصفر أو الأحمر.

وبما أن اللون الأزرق هو أكثر الألوان تشتتاً فإن طرف إصبع الغراء الأقرب إلى المصباح سيبدو أزرق، بينما يظهر اللون الأصفر أو الأصفر الضارب إلى البرتقالي في الطرف الآخر من إصبع الغراء.

وكلما تم وصل المزيد من أصابع الغراء مع بعضها سيتشتت المزيد من الضوء الأصفر ويتغير لون الدائرة الملونة ليصبح برتقالياً.

 

إن موجات الضوء الصادرة عن الشمس أو عن أي مصدر ضوئي اصطناعي، كمصباح الجيب الكهربائي، ستتذبذب وتشع إلى الخارج وفي جميع الاتجاهات.

عندما تصطف الذبذبات نقول إن الضوء أصبح مستقطَباً. وبإمكانك مشاهدة مثال عن الاستقطاب الطبيعي في كل مرة تنظر فيها إلى بحيرة ما.

فالتوهج المنعكس من السطح هو الضوء الذي لا ينفذ عبر «مرشِّح» الماء، ما يجعلك غير قادر على رؤية أي شيء تحت سطح الماء ولو كان الماء صافياً جداً.

 

تحتوي مرشِّحات الاستقطاب الضوئي على جزيئات مصفوفة على التوازي. ويسمح مرشِّح الاستقطاب فقط بمرور الضوء المتوافق مع اتجاهه، كما أن التشتت يستطيع أيضاً استقطاب الضوء.

عندما وضعت مرشِّح الاستقطاب بين مصباح الجيب وإصبع (ماسورة) المادة اللاصقة فلابدّ أن الشخص الواقف في المكان الأعلى قد شاهد الحزمة الضوئية الساطعة، بينما شاهد الشخص الذي يقف جانباً تلك الحزمة الضوئية خافتة.

عندما تضع مرشِّح الاستقطاب بين عينيك وأصابع المادة اللاصقة الموصولة ببعضها وتقوم بتدوير المرشِّح فإن هذا المرشِّح يستقطب الضوء كما تفعل عملية التشتت الأمر ذاته.

 

وعندما تتوازى عمليتا الاستقطاب، ستكون حزمة الضوء ساطعة، وعندما يكون هذا الاستقطاب بزاوية قائمة فإن حزمة الضوء ستكون خافتة.

يبيَّن نموذج إصبع المادة اللاصقة السبب الذي يجعل السماء زرقاء اللون وغروب الشمس أحمر اللون، فالسماء زرقاء لأن اللون الأزرق هو أكثر الألوان تشتتاً بواسطة جزيئات الغلاف الجوي، تماماً كما تشتت الضوء الأزرق من الضوء الأبيض في أصابع المادة اللاصقة.

وإذا لم يتشتت الضوء الأزرق في الغلاف الجوي فإن الشمس ستبدو أقل صفاراً وأكثر بياضاً بينما تظهر السماء سوداء اللون.

 

تكون الشمس عند الغروب قريبة من خط الأفق وينتقل الضوء عبر طبقة أكبر سماكة في الغلاف الجوي قبل الوصول إلى عينيك على عكس الحالة التي تكون فيها الشمس في كبد السماء.

كما حصل لدى انتقال الضوء عبر أصابع أو مواسير المادة اللاصقة وازداد حمرة حين ازداد طول مسار الضوء عبر تلك الأصابع أو المواسير الموصولة ببعضها.

 

لا ألاحظ أي تغيير في الألوان.

تعطي هذه التجربة أفضل نتائجها باستعمال مصباح جيب له حزمة شعاعية ضيقة جداً.

إذا لم يتوافر لديك مصباح كهذا حاول إطفاء أنوار الغرفة كلها كي يظهر ضوء المصباح بشكل أفضل.

 

نصائح مساعدة للذاكرة

هناك العديد من النصائح المختلفة التي تساعدك على تذكر ترتيب الألوان في قوس قزح.

إحدى هذه النصائح هي اسم (ROY G.BIV) التي تشكل الحروف الأولى من (R) (أحمر) و (O) (برتقالي) و(Y) (أصفر) و(G) (أخضر)و (I) (نيلي) و(V) (بنفسجي).

 

نصائح للسلامة !

لا توجّه ضوء مصباح الجيب إلى عيني أحد لأن الضوء الباهر قد يؤذي عينيه أو عينيك.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]