الثلاثاء، 5 مارس 2013

بحث عن الطاقة الإشعاعية


الطاقة الإشعاعية

تنتقل الطاقة بين الأجسام بطرق مختلفة أهمها عن طريق الإشعاع ( Radiation ) ويُعتبر الضوء شكلاً من أشكال الطاقة المنتقلة بالإشعاع وسنعبر عنها هنا إصطلاحاً بالطاقة الاشعاعية ( Radiant Energy ) . ولكن ....
http://www.schoolarabia.net/images/bullets/star-full.gifما هي الطاقة الاشعاعية ؟ وما هي الأشكال الأخرى لهذه الطاقة ؟
http://www.schoolarabia.net/images/bullets/star-full.gifكيف تنتقل أشكال الطاقة الاشعاعية المختلفة في الوسط المادي المتجانس أو من وسط إلى وسط مادي آخر ؟  
وما هي السرعة أو السرعات التي تنتقل بها هذه الطاقة ؟ 
http://www.schoolarabia.net/images/bullets/star-full.gifما هو تأثير الطاقة الاشعاعية على الأجسام التي تسقط عليها ؟
http://www.schoolarabia.net/images/bullets/star-full.gifكيف يساعدنا الضوء على رؤية الأشياء ؟ وما الذي يجعل الأجسام تبدو بلونها الذي نراه ؟  

الدروس التالية ، ستتطرق إلى هذه التساؤلات وغيرها وستتعرف من خلالها إلى المفاهيم الأساسية المتعلقة بالضوء كشكل من أشكال الطاقة الاشعاعية .
إنبعاث الطاقة
لعلك لاحظت أنك إذا تركت جسماً ساخناً في جو بارد فإنه سيبرد بعد فترة وجيزة . ومعنى ذلك أن هذا الجسم يفقد طاقة حرارية.  
إن الجسم يفقد الطاقة الحرارية بالاشعاع (Radiation).                 
والإشعاع معناه خروج الطاقة من جسم ما وانتقالها في الوسط المادي المحيط على شكل أشعة أو موجات لا نستطيع رؤيتها بالعين المجردة ولكننا قد نحس بها أو نميزها بوسائل أخرى . مثل الإحساس بحرارة المكواة عندما تضع يدك قريباً منها .

تُسمى الطاقة المنبعثة أو الصادرة عن جسم ما عن طريق الإشعاع بالطاقة الإشعاعية .
 فالمكواة والمصباح والشمس ومرسل الموجات الإذاعية كلها تصدرُ شكلاً ما من أشكال الطاقة الإشعاعية . يمكنك هنا إعتبار كل شكل من أشكال الطاقة الإشعاعية نوعاً من الموجات .

تُسمى كل أنواع الطاقة الإشعاعية بالموجات الكهرمغناطيسية .

تشترك هذه الموجات الكهرمغناطيسية بسمات عامة أبرزها :
http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level_2/lesson/appr.gifتنتقل هذه الموجات في الفراغ – الفضاء – بسرعة ثابتة مقدارها 300.000 كم / ث .
http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level_2/lesson/appr.gifهذه الموجات عبارة عن مجالين أحدهما كهربائي والآخر مغناطيسي يهتزان بشكل متعامد أحدهما على الآخر .
http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level_2/lesson/appr.gifتصدر هذه الموجات غالباً عن الالكترونات والجزئيات عند تذبذبها أو فقدها للطاقة .

ورغم أننا لا نستطيع رؤية مختلف الموجات الكهرمغناطيسية إلا انها تلعب دوراً مهماً في حياتنا .
فبعض هذه الموجات غير المرئية تخترق اجسامنا وبعضها يقوم بتدفئتنا والبعض الآخر منها يستخدم في مجال الاتصالات ... 

فيما يلي قائمة ببعض أنوع الموجات الكهرمغناطيسية:
Vissable Light
الضوء المرئي
Micro Waves
الموجات الدقيقة
Infrared Waves
الموجات تحت الحمراء
Cosmic Rays
الأشعة الكونية .
X - Rays
الأشعة السينية
Ultraviolet Rays
الأشعة فوق البنفسجية
 g - Rays
أشعة جاما
إن كل هذه الأنواع وغيرها من الموجات الكهرمغناطيسية عندما تؤخذ مجتمعة تشكّل ما يسمى ب:
الطيف الكهرمغناطيسي
يتكون الطيف الكهرمغناطيسي من مدى واسع من الأطوال . وكل شكل من أشكال الطاقة الاشعاعية في الطيف الكهرمغناطيسي يتميز ( له ) بمدى معين من الأطوال الموجية خاص به .  
وبالقرب من منتصف الطيف الكهرمغناطيسي ( الطاقة الإشعاعية ) يوجد مدى من الأطوال الموجية يسمى " الطيف المرئي " . وهو الجزء من الطيف الكهرمغناطيسي الذي نستطيع رؤيته .
أما بقية
الطيف الكهرمغناطيسي فإننا لا نستطيع رؤيته ولكننا نستطيع الكشف عنه بوسائل أخرى . فعلى سبيل المثال : محطة الإذاعة حولك تصدر موجات في كل الاتجاهات وأنت لا تستطيع رؤيتها ولا سماعها ولا الإحساس بها ولا تستطيع الجزم بوجودها إلا إذا استخدمت جهاز الراديو الخاص بك لالتقاطها وتحويلها إلى موجات صوتية تستطيع سماعها وادراك وجودها .  
الطول الموجي :
إذا أمعنت النظر في الرسم التوضيحي المرافق ، يتبين لك أن الأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء ، وموجات الميكروويف والراديو ، أكبر من الأطوال الموجية للطيف المرئي . وكذلك فإن الأطوال الموجية للأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية وأشعة جاما والأشعة الكونية لها أطوال موجية أقصر من الأطوال الموجية للطيف المرئي .





إن أطول الموجات هي موجات الراديو التي يمتد طولها إلى نحو 100 ألف كيلو متر . واقصرها هي الأشعة الكونية فهي لا تتجاوز 1 × 10 –16 من المتر الطولي . ويتراوح الطول الموجي للضوء المرئي ما بين 400 نانومتر إلى 700 نانومتر.
سرعة الطاقة الإشعاعية :
عرفت أن الأشكال المختلفة للطاقة الإشعاعية في الطيف الكهرمغناطيسي لها أطوال موجية مختلفة ، وعلى الرغم من هذا التفاوت في الأطوال الموجية فإنها تنتقل جميعها بنفس السرعة في الفراغ وهذه السرعة تساوي 300000 كم / ث . أو 186000 ميل /ث .
لاحظ هنا أن الطاقة الإشعاعية لا تنتقل في الفراغ فقط . بل إنها تنتقل في الأوساط المادية المختلفة . فعلى سبيل المثال ينتقل الضوء المرئي وكل أشكال الطاقة الإشعاعية الأخرى في الهواء . كما ينتقل الضوء المرئي أيضاً في الزجاج والماء والبلاستيك الشفاف وفي أوساط مادية أخرى .  
عندما ينتقل الضوء في وسط مادي فإن سرعته تختلف عن سرعته في الفراغ . فالأوساط المادية الشفافة المختلفة تعمل على تقليل سرعة الضوء عما هي في الفراغ . وكل وسط يعمل على تقليل سرعة الضوء بمقدار تختلف عن الوسط الآخر . فمثلاً الضوء المرئي ينتقل في الماء الصافي بسرعة 224000 كم / ث . في حين أنه ينتقل في الزجاج بسرعة 200000 كم / ث .

لماذا تكون سرعة الضوء المرئي في الهواء أكبر منها في الماء ؟

عرفت أن الطيف الكهرمغناطيسي يتكون من انواع مختلفة الموجات ، وتُسمى الأنواع المختلفة من الطاقة الإشعاعية بأسماء مختلفة ولكن كل واحد منها يشكل جزءاً من الطيف الكهرمغناطيسي .
فإذا دققت في الرسم التوضيحي السابق ، تُلاحظ أن بعض مكونات الطيف الكهرمغناطيسية تسمى بالأشعة مثل الأشعة السينية وأشعة غاما والبعض الآخر يسمى بالموجات مثل الميكرويف والموجات الراديوية
بعض أنواع الموجات :
1- موجات الراديو :
تنشأ موجات الراديو عن اهتزاز الالكترونات في الهوائي تُرسَل موجات الراديو بطريقة خاصة توضح استخدامها كموجات للراديو أو للتلفاز وكيفية استخدامها لتكوين الصور أو الأصوات .
الموجات الطويلة والمتوسطة : هذا النوع من الموجات يتميز بأنه يستطيع أن يحيد حول التلال بحيث تتمكن أجهزة الراديو من التقاطها حتى في أخفض الأودية .   
الموجات ذات التردد العالي      Very High Frequency Waves      VHF
 تستخدم في أنظمة الراديو الصوتية المجسمة ذات الجودة العالية .
الموجات ذات التردد فائق العلو
 
Ultra High Frequency Waves      UHF
 
تستخدم هذه الموجات في التلفاز .  وهذه الموجات لا تحيد جيداً حول التلال .  لذلك فإنك لا تستطيع الحصول على استقبال جيد لها الا إذا كان هوائي التلفاز أو المذياع على طريق مستقيم من محطة الارسال .  
الموجات الدقيقة Micro Waves : هي موجات راديوية قصيرة الطول الموجي يتراوح طولها بين ( 10 ْ نانومتر إلى 3 × 810  نانومتر ) ويمكن توليدها بوساطة أجهزة الكترونية خاصة . ولقصر طولها الموجي فإنها تستثمر في أنظمة البث الإذاعي وفي التلفاز والرادار وملاحة الطيران وأنظمة الاتصالات من مثل أجهزة الهاتف النقال .ومن التطبيقات العملية لهذه الموجات أيضاً أفران الميكروويف إذ تؤمن عمليات الطبخ المنزلي بوقت قصير .
2- الموجات تحت الحمراء Infrared Waves :
تطلق الأجسام الحارة هذا النوع من الإشعاع . وفي الحقيقة فإن كل الأجسام تطلق الأشعة تحت الحمراء بنسب متفاوتة حيث ينتج هذا الإشعاع عن اهتزاز الجزيئات السريع . وكلما زادت حرارة الجسم فإن الموجات تحت الحمراء تصبح أقصر .
3- الموجات فوق البنفسجية  Ultraviolet Rays :
 
لا تستطيع العين الكشف عن الاشعاعات فوق البنفسجية على الرغم من توافرها بكثرة في الاشعاع الشمس . وهذا النوع من الأشعة هو المسؤول عن تلوين جلدك باللون الذي تراه . ولكن التعرض بكثرة للاشعاعات فوق البنفسجية يؤدي إلى حروق في الجسم وضرر كبير على العينين .
وبعض المواد الكيميائية عندما تمتص الاشعاع فوق البنفسجي فإنها تطلق الضوء .  وهو ما يعرف بظاهرة التهيج "الفلورسنت"
] النور الاستشعاعي [ . وهذا هو سر " الأكثر بياضاً من اللون الأبيض" لمساحيق الغسيل ، حيث تمتص هذه المواد الموجات فوق البنفسجية الصادرة عن الشمس . وتصبح بعد ذلك أكثر اشعاعاً مما يجعل الملابس تبدو أكثر نضارة مما قبل .  
4- الأشعة السينية X - Rays :
يستخدم أنبوب خاص لانتاج هذا النوع من الموجات حيث تقذف الالكترونات السريعة جداً على هدف معدني مما ينتج عنه انطلاق أشعة قصيرة الموجة وتتميز بقدرة عالية على الاختراق . وتستطيع هذه الأشعة الانتقال عبر المواد عالية الكثافة مثل الرصاص . وكلما كان الطول الموجي للأشعة السينية كبيراً كلما قلّت قدرتها على الاختراق وعندئذ تستخدم لاختراق اللحم داخل جسم الإنسان ولكنها لا تستطيع اختراق العظم . ولذلك فإن الصورة باستخدام الأشعة السينية تظهر صورة العظام واضحه . وجميع أنواع الأشعة السينية ضارة حيث أنها تتلف الخلايا الحية في جسم الإنسان .
5- أشعة جاما  g- Rays :
موجات كهرمغناطيسية عالية التردد ذات طاقة عالية جداً لها آثار مدمرة على الأنسجة والخلايا الحية وتستخدم في الطب لعلاج الأورام السرطانية .
تصدر عن الأنوية المشعة للمواد المشعة في الطبيعة عندما تعود هذه الأنوية من حالة التهيج إلى وضع الاستقرار .

الطيف المرئي
مقدمة:
حقق العالم اسحق نيوتن في العام 1661 اكتشافاً مهماً ، حين استطاع ، باستخدام موشور زجاجي ، اثبات أن ضوء الشمس بلونه الابيض يمكن أن يتحلل إلى ألوان قوس قزح Rainbow.
هذه التجربة التي أجراها العالم نيوتن ، أثبتت أن الضوء الأبيض مكون من عدة ألوان تسمى الطيف المرئي . وهذه الألوان تتراوح من الأحمر إلى البنفسجي . ويقع ما بينهما الالوان : البرتقالي ، الأصفر، الأخضر ، الازرق ، النيلي .
الموشور الثلاثي :

جسمٌ شفاف من الزجاج أو البلاستيك ، مقطعه العرضيُّ ثلاثي الشكل
وكلمة الطيف ليست جديدة ، إذ أننا استعملناها سابقاً لتسمية كل أنواع الطاقة الإشعاعية ( الطيف الكهرمغناطيسي ) وفي هذا الدرس تستعمل كلمة الطيف للدلالة على ألوان الضوء المرئي .
الأطوال الموجية للألوان :
عندما قمت بدراسة الطيف الكهرمغناطيسي ، فإنك عرفت أن كل شكل من أشكال الطاقة الإشعاعية له مدى معين من الأطوال الموجية . وكذلك الحال بالنسبة لكل لون من ألوان الطيف المرئي .
فاللون الأحمر له أكبر الأطوال الموجية ، بينما اللون البنفسجي له أقصر الأطوال الموجية ، في حين أن الألوان الأخرى تتراوح أطوالها الموجية بين الأحمر والبنفسجي .





يُعتبر ضوء الشمس خليطاً متجانساً من ألوان الطيف ، وتتواجد فيه كل الاطوال الموجية للألوان . ولكن الضوء الصادر عن مصباح عادي ، يحوي اللون الأحمر أكثر من اللون الازرق ، أما الضوء الصادر عن مصباح الفلورسنت فإنه يحوي اللون الازرق والأصفر أكثر من الأحمر والبنفسجي
الوحدة المستخدمة لقياس الطول الموجي هي ( انجستروم A ْ ) وتستخدم هذه الوحدة لقياس الأطوال الصغيرة جداً 
1 أنجستروم = 0.0000001 مم .   أي أن 1 أنجستروم = 1 × 10-7 مم .

الإشعاع
تشع الشمس كميات هائلة من الطاقة على شكل موجات كهرمغناطيسية، ومن أكثرها الموجات تحت الحمراء والموجات الضوئية.
يؤدي إمتصاص هذه الموجات الكهرمغناطيسية إلى تسخين الأجسام التي تمتصها ولهذا تعرف بشكل عام بالإشعاعات الحرارية Radiation heat أو اختصاراً بالإشعاع ( Radiation ) .  
الأجسام العاكسة والأجسام الممتصة
في الأيام المشمسة ، يتعرض السطح الخارجي للسيارات إلى كميات كبيرة من الإشعاعات ، التي يتم امتصاص بعضها وعكس البعض الآخر منها . وتؤدي هذه الإشعاعات المُمْتَصة من قِبل السطح الخارجي للسيارة إلى تسخين داخلها . 
يمتص السطح الأسود كميات أكبر من الإشعاعات مقارنه بالسطح الأبيض الذي يعكس الجزء الأكبر من الإشعاعات الساقطة عليه . أما السطوح ذات اللون الفضي – مثل لون سطوح المرايا فإنها تمتص جزءاً ضئيلاً جداً من الإشعاعات وتعكس تقريباً كل الإشعاعات الساقطة عليها .  

يُفَضّل سكان المناطق الحارة ارتداء الملابس ذات اللون الأبيض !! لماذا !!

             انبعاث الإشعاعات من الأجسام :
تتميز بعض السطوح بأنها باعثة جيدة للإشعاعات وهذه الأجسام عموماً تكون من الأجسام جيدة الامتصاص للاشعاعات.
تُعتبر
السطوح السوداء من أكثر السطوح بعثاً للاشعاع بينما تتسم السطوح البيضاء بضعف بعثها للإشعاعات . أما السطوح الفضية فهي الأضعف في إطلاق الاشعاعات .
وهكذا نرى أن 
السطوح السوداء تتميز بسرعة فقدها للحرارة ، أي بمعنى أنها تطلق الإشعاعات بسرعة ، بينما تتميز السطوح البيضاء ببطء فقدها للحرارة أي بمعنى قدرتها النسبية على اطلاق الحرارة بالإشعاع منخفضة . 
تُصْنَع أواني الطبخ في العادة بحيث تكون سطوحها الخارجية فضية لامعة . لماذا ؟



تنبعث الإشعاعات من كل الأجسام المادية حولنا وكلما زادت حرارة الجسم كلما زادت كمية الإشعاعات المنبعثة منه .
ينبعث من الأجسام الساخنة وبشكل رئيس الأشعة تحت الحمراء
Infrared ( ذات الطول الموجي الكبير ) والتي تؤدي إلى تدفئتنا رغم اننا لا نستطيع رؤيتها بالعين المجردة .  
وكلما ازدادت درجة سخونة الجسم ، فإن الإشعاعات المنعبثة عنه تصبح ذات اطوال موجية اقصر وهكذا فإن الجسم الحار جداً يطلق اشعاعات ذات طول موجي قصير لدرجة ان العين ترى هذه الإشعاعات على صورة ضوء أحمر متوهج ثم ضوء أصفر متوهج إلى أن يصل إلى صورة ضوء أبيض.
تجربة توضيحية :
تحوي ذرات القضيب الفولاذي شحنات كهربائية على شكل بروتونات والكترونات. واهتزاز هذه الشحنات ، يُنتج مدىً من الإشعاعات الكهرمغناطيسية . تعتمد سرعة الاهتزاز ، وبالتالي الطول الموجي للإشعاعات المنتجة ، على درجة الحرارة .
يبين لك الرسم التوضيحي أن ذرات القضيب الفولاذي الأبرد تبعثُ إشعاعات دون الحمراء غير مرئية . وعلى درجة حرارة
( 627 ْ س ) يبتعثُ من القضيب الفولاذي مدى من الإشعاعات غالبيتها دون الحمراء . وكلما ازدادت شدة اهتزاز ذرات الفلز ( 1227 ْ س ) تزداد طاقة الإشعاعات المبتعثة لتشمل مزيداً من الطيف المرئي .
قريباً من نقطة انصهاره ( 1527 ْ س ) يبتعثُ القضيب الفولاذي مزيداً من الضوء ، فيشمل مدى الضوء كامل الطيف المرئي - لذلك يبدو أبيض ساطعاً .
تفاعل الضوء مع الأجسام
ما هو الفرق بين الضوء الطبيعي والضوء الصناعي ؟
http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level_2/lesson/appr.gifما هو الجسم المعتم والجسم الشفاف ؟
http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level_2/lesson/appr.gifما هو تأثير الطاقة الإِشعاعية على الأجسام التي تسقط عليها ؟
http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level_2/lesson/appr.gifكيف ينتقل الضوء من جسم مضيء ؟
إن الإجابة على هذه الأسئلة تعتمد على شكل الطاقة الإشعاعية ، وعلى طبيعة الجسم . 
 
الأجسام المضيئة والأجسام المستضيئة
أنت تعلم أن حولك مصادر عديدة للضوء مثل الشمس ، النجوم ، المصابيح ، وهي تشترك جميعها في أنها ليست حية . ولكن هل تعلم أن بعض الأحياء تصنع الضوء بنفسها ، من مثل بعض أنواع الحشرات و الديدان والنباتات وأسماك الأعماق في البحار .
تُسمى الأجسام ( الحية وغير الحية ) التي تُصدر الضوء بنفسها أجساماً مضيئة . أما الأجسام التي تُصدر (أو تعكس) ضوءاً لا تصنعه بنفسها، فتسمى أجساماً مستضيئة .  

الضوء الطبيعي والضوء الصناعي
يسمى الضوء الصادر عن الأجسام المضيئة ضوءاً طبيعياً أما الضوء الصادر عن بعض الأجسام المستضيئة فيسمى بالضوء الصناعي مثل الضوء المنبعث من المصباح الكهربائي .

كيف غير الضوء الصناعي حياتك ؟ تصور الحياة التي كنت ستعيشها لو اعتمدت فقط على مصادر الضوء الطبيعي  ؟

الجسم المعتم والجسم الشفاف 

ما الذي يحدث عندما يسقط ضوء مرئي على نافذة زجاجية ؟  

لعلك تلاحظ أن معظم الضوء ينفذ من خلال الزجاج . وأنه لا يحدث أي تغير للزجاج أو للضوء .
ولأن الضوء ينفذ من خلال الزجاج فإننا نسمي الزجاج جسماً شفافاً  بالنسبة للضوء المرئي .  
ولكن هل ينُفذ الزجاج كل أنواع الطاقة الاشعاعية ؟

لا شك أن الاجابة على هذا السؤال هي بالنفي كما تُظهر تجاربنا الحياتية والتجارب العلمية . فعلى سبيل المثال : معظم الأشعة فوق البنفسجية لا تنفذ من خلال الزجاج .

وأي سطح لا يُنفذ أي نوع من أنواع الطاقة الإشعاعية يعتبر جسماً معتماً بالنسبة لهذا النوع .
 وهكذا فإن الزجاج يعتبر جسماً معتماً بالنسبة لمعظم أنواع الأشعة فوق البنفسجية ، بينما هو جسم شفاف بالنسبة للضوء المرئي .   
لكي تتوخى الدقة العلمية فإنك يجب ألا تكتفي بتصنيف الأجسام إلى معتمة أو شفافة . ولكنك يجب أن تذكر أي الأنواع من الطاقة الإشعاعية تنفذ أو لا تنفذ من خلال هذه المادة .

فمثلاً تكون يدك جسماً معتماً بالنسبة للضوء المرئي ، ولكنها  شفافة بالنسبة للأشعة السينية وكذلك فإن الحائط يمكن اعتباره معتماً بالنسبة للضوء المرئي ، وشفافاً بالنسبة لموجات الراديو .

عرفت أن الجسم الشفاف لأي نوع من الطاقة الإشعاعية لا يتغير كثيراً عند سقوط هذا النوع من الأشعة عليه . ولكن ماذا عن الأجسام المعتمة ؟ هل تتغير ؟؟ 

افرض أن جسماً ما هو جسم معتم بالنسبة لنوع من أنواع الطاقة الإشعاعية ، وفي هذه الحالة فإن هذا الجسم إما أنه سيعكس أو يمتص ( يوقف ) هذا النوع من الطاقة . وإذا كانت معظم الطاقة الإشعاعية الساقطة على الجسم المعتم منعكسة فإن حرارة الجسم لن تتغير كثيراً ، ولكن إذا امتص ( أوقف ) الجسم هذه الطاقة فإن حرارته سترتفع !  لماذا ؟ عندما تمتص ( توقف ) الطاقة الإشعاعية فإنها تتحول إلى طاقة حرارية وهكذا ترتفع درجة حرارة الجسم المعتم .  
من المعلوم أن الأشعة فوق البنفسجية تسبب الحروق للجسم الذي يتعرض لأشعة الشمس المباشرة لفترة طويلة.  فهل تسبب لك أشعة الشمس الحروق من خلال الزجاج ؟ لماذا ؟ 

الانعكاس والانكسار :

ينتقل الضوء ، سواءً أكان الضوء طبيعياً أم صناعياً ، من مصدر الضوء إلى خارجه في جميع الاتجاهات وفي خطوط مستقيمة ما لم يتغير الوسط الذي ينتقل فيه أو يعترض طريقه جسماً ما ويؤثر به.  

أنت تعلم الآن أن سرعة الضوء تختلف باختلاف الوسط الذي يمر فيه . ولكن هل تعلم أن الوسط المادي يمكن أن يغيّر اتجاه سير الأشعة الضوئية ؟ إن هذا التغير يحدث إما عن طريق الانعكاس ( Reflection ) أو عن طريق الانكسار
( Refraction ) .   

انعكاس الضوء :
تعكس الأجسام المختلفة الضوء بنسب متفاوتة ولابد أنك لاحظت مرات عديدة انعكاس الضوء أو ارتداده عن سطح معين . وفي واقع الحال يحدث دائماً انعكاس لجزء معين من الضوء عند سقوطه على سطح ما سواء أكان هذا السطح معتماً أو شفافاً .




الانكسار :
تغّير الأجسام الشفافة مسار الضوء الساقط عليها بطريقة مختلفة . فعندما يدخل الضوء إلى الجسم ( ويخرج منه ) فإنه يغير اتجاهه . أي أن الضوء ينحني . وانحناء الضوء هذا عند انتقاله من وسط مادي إلى آخر يسمى " الانكسار " . وما يسبب الانكسار هو أن الضوء عندما يسقط على وسط شفاف بزاوية معينة فإن سرعته في الوسط الثاني تصبح أقل من سرعته في الهواء . والانكسار يحدث أيضاً في الهواء عندما يدخل الضوء القادم من الشمس الغلاف الجوي حول الأرض. وكذلك تحدث ظاهرة الانكسار في السوائل . فعندما تسقط أشعة الضوء على سطح السائل فإنها تنحني .
الضوء والألوان
مقدمة:
http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level_2/lesson/appr.gifماذا يحدث عندما يسقط الضوء الأبيض على موشور زجاجي ؟؟
http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level_2/lesson/appr.gifماذا يحدث للضوء الأبيض عند مروره من خلال زجاج أحمر ؟
http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level_2/lesson/appr.gifما هي الألوان الأساسية للضوء ؟
http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level_2/lesson/appr.gifما هي الألوان الثانوية للضوء ؟
http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level_2/lesson/appr.gifما تأثير الإنعكاس على لون الجسم الذي تراه ؟؟ 
الصفحات التالية ستعطيك المعلومات اللازمة للإجابة على هذه التساؤلات .
ألوان الطيف المرئي :
يتكون الضوء الأبيض من خليط من الألوان ، ويمكننا تفريق ألوان
الطيف المرئي باستخدام الموشور . كما يمكننا تجميع ألوان الطيف المرئي والحصول على الضوء الأبيض باستخدام الموشور أيضاً .
ألوان الطيف المرئي : أحمر ، برتقالي ، أصفر ، أخضر ، أزرق ، نيلي ، بنفسجي .
الألوان الأساسية والألوان الثانوية
إن ثلاثة من ألوان الطيف المرئي تُسمى الألوان الأساسية وهي : الأحمر ، الأخضر والأزرق .
http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level_2/lesson/appr.gifإذا سلطنا ثلاث حزم شعاعية حمراء وخضراء وزرقاء ، بحيث تتقاطع عند سقوطها على سطح ابيض فإننا نشاهد في منطقة تقاطع هذه الحزم .   
ونحن نستطيع أن نحصل على الوان الطيف المرئي الأخرى نتيجة مزج هذه الألوان الأساسية مع بعضها بنسب معينة. وأي لون آخر ينتج من جمع الألوان الأساسية يسمى لوناً ثانوياً
تتوهج الشمس وتعطينا ضوءاً أبيض ، وكذلك الحال مع اللمبة الكهربائية . وبالنسبة للعين ، فإن الضوء الأبيض هو مزيج من الألوان الثلاث الأساسية .
لا تحتاج عين الإنسان كل الوان الطيف المرئي لتمييز اللون الأبيض بل تكتفي بالألوان الأساسية ! لماذا ؟ 
تحتوي شبكية العين البشرية على ثلاثة أنواع من الخلايا المخروطية ، وكُلُّ نوعٍ منها حساس للون واحد من الألوان الأساسية الأحمر والأخضر والأزرق .
يؤدي مزج الضوء الأحمر والأخضر والأزرق بنسب معينة إلى توليد إحساسٍ بصري بأي لون آخر .
رؤية الألوان :
لعلك تتساءل كيف تبدو الأجسام المعتمة بألوان مختلفة ، فمثلاً كيف تبدو معظم أوراق الأشجار خضراء , أو لماذا تبدو السيارة زرقاء ؟!
نحن نرى الأجسام لأنها تعكس الضوء الساقط عليها من الشمس أو من أي مصدر ضوئي آخر . وعادة لا تعكس الأجسام سوى بعضاً من ألوان الطيف المرئي بينما يتم امتصاص الباقي من هذه الألوان .
وهكذا فإن لون الجسم الذي تراه هو لون الضوء المنعكس : فأوراق الشجر الخضراء تبدو خضراء لأنها تعكس اللون الأخضر في حين تمتص الألوان الأخرى كلها ، وكذلك السيارة تبدو زرقاء لأنها تعكس اللون الأزرق فقط وتمتص الألوان الأخرى كلها .
هذه الرقعة تعكس فقط الضوء الأحمر ، ولهذا يبدو لونها أحمر.
إنها
لاتمتص الألوان الأولية الأخرى : الأخضر والأزرق .

وهذه الرقعة تعكس الألوان الأولية الثلاث الأحمر والأخضر والأزرق .
إنها لاتمتص أي لون من الألوان الأساسية ولهذا يبدو لونها أبيض .

وهذه الرقعة تمتص الألوان الأولية كلها ولهذا يبدو لونها أسود ، إنها تمتص كل الألوان الأساسية الأحمر والأخضر والأزرق .
المرشح ( الفلتر )

مادة بلاستيكية أو زجاجية شفافة تسمح بمرور لون معين وتمتص الألوان الأخرى .







الرؤية من خلال الأجسام الشفافة الملونة :
يستطيع الضوء النفاذ من خلال الأجسام الشفافة الملونة . ولعلك جربت ذلك . هل كانت الرؤية واضحة من خلال الأجسام الملونة كما هي من خلال الأجسام غير الملونة ؟
لماذا تصعب الرؤية من خلال الاجسام الشفافة الملونة ؟ خذ قطعة من الزجاج الأحمر وانظر من خلالها إلى جسم أبيض مثل قطعة الطباشير . هل تبدو قطعة الطباشير حمراء ؟ احمل قطعة الطباشير بجانب مصباح وانظر اليها من خلال الزجاج الأحمر . ماذا تلاحظ ؟
لعلك لاحظت أنه مهما كان الضوء ساطعاً ، فإنك ترى قطعة الطباشير البيضاء باللون
الأحمر. ولكن لماذا ؟
عندما يمر الضوء من خلال زجاج أحمر ، فإن الزجاج لن ينفذ إلا الضوء الأحمر ، وبذلك فإن الجسم الأبيض يبدو أحمراً . وكل الوان الطيف الأخرى تتعرض للرشح ( أو التصفية ) ، أو الإيقاف بوساطة الزجاج الأحمر
وإذا نظرت لنفس هذه القطعة من الطبشور ، باستخدام زجاج أخضر ، فإنك ستراها خضراء ، حيث يسمح الزجاج الأخضر للضوء الاخضر فقط بالمرور ويعمل على إيقاف مرور الألوان الأخرى .
ماذا عن اللون الذي يبدو فيه الجسم إذا عكس كل ألوان الطيف ؟ إذا سقط الضوء الأبيض على جسم بحيث عكس الجسم كل الألوان فإن الجسم يبدو أبيضاً . ولكن إذا أوقف الجسم كل الألوان فإنه يبدو أسود اللون .
والآن افترض أن جسماً يعكس اللون الأحمر فقط وأسقطنا عليه لوناً أزرق في أي لون يبدو ؟ هل يبدو أسود اللون ، ولماذا؟
بما أن الجسم يعكس اللون الاحمر فقط ولا يحوي اللون الازرق لوناً أحمراً فإنه لن ينعكس أي ضوء ولذلك يبدو الجسم أسود اللون .
انعكاس الضوء
مقدمة:
ينتقل الضوء ، سواءً أكان الضوء طبيعياً أم صناعياً ، من مصدر الضوء إلى خارجه في جميع الاتجاهات وفي خطوط مستقيمة ما لم يتغير الوسط الذي ينتقل فيه أو يعترض طريقه جسماً ما ويؤثر به.  
يتفاعل الضوء مع الأجسام بكيفياتٍ مختلفةٍ . فعندما يسقط ضوء ما على سطح يفصل بين مادتين مختلفتين فإنه :
ينعكس جزء من الضوء عن السطح الفاصل .
ينفذ جزء من الضوء داخل الوسط الثاني .
يحدث امتصاص للضوء داخل مادة الوسط الثاني .
وقد تحدث هذه الظواهر الثلاث أو يحدث بعضها دون غيرها اعتماداً على طبيعة الجسم الذي يسقط عليه الضوء .
أنت تعلم الآن أن سرعة الضوء تختلف باختلاف الوسط الذي يمر فيه . ولكن هل تعلم أن الوسط المادي يمكن أن يغيّر اتجاه سير الأشعة الضوئية ؟
الدرس التالي سيتناول ظاهرة إنعكاس الضوء .
انعكاس الضوء  :
مما لا شك فيه أنه بدون ظاهرة إنعكاس الضوء فإننا لن نرى إلاَّ الأجسام المضيئة بذاتها . ونحن نستخدم مصطلح الإنعكاس للدلالة على " إرتداد الأشعة الضوئية عن سطح جسمٍ للجهة التي صدر منها " .

تعكس الأجسام المختلفة الضوء بنسب متفاوتة ولابد أنك لاحظت مرات عديدة
انعكاس الضوء أو ارتداده عن سطح معين . وفي واقع الحال يحدث دائماً انعكاس لجزء معين من الضوء عند سقوطه على سطح ما سواء أكان هذا السطح معتماً أو شفافاً .
يمكن تشبيه انعكاس الضوء بإرتداد كرة ساقطة على سطح ما ، فعندما تسقط هذه الكرة وترتد عن أرضية ملساء فإنها تصنع نفس الزاوية في السقوط والارتداد . ولكن إذا كان السطح خشناً فإن مسار الكرة بعد ارتدادها يعتمد على مكان سقوطها على الأرض الخشنة .
وبالمثل ، عندما يسقط الضوء على سطح أملس فإنه يسلك سلوك الكرة المرتدة .  فهو ينعكس بحيث يصنع نفس الزاوية التي يصنعها عند السقوط . أما إذا كان السطح خشناً فإن الضوء المنعكس يصنع زوايا مختلفة لأن زوايا سقوط الأشعة تكون مختلفة كما ستشاهد في الرسوم التوضيحية اللاحقة .
الانعكاس المنتظم :
عندما تسقط حزمة أشعة ضوئية متوازية على سطح أملس فإن زوايا السقوط للأشعة تكون متساوية وتنعكس حزمة الأشعة الضوئية بزوايا انعكاس متساوية فتبقى متوازية بعد انعكاسها ومساوية لزوايا السقوط.

الانعكاس غير المنتظم :

عندما تسقط حزمة أشعة ضوئية متوازية على سطح خشن فإن زوايا السقوط للأشعة تكون غير متساوية وبالتالي تنعكس بزوايا انعكاس مختلفة وهكذا تتشتت الأشعة الضوئية في اتجاهات مختلفة .
ملاحظة : في الانعكاس غير المنتظم تبقى زاوية السقوط مساوية لزاوية الانعكاس لكل شعاع مفرد .
انعكاس الضوء : رسم توضيحي


قانونا انعكاس الضوء :
مصطلحات أساسية :
نختارُ سطحاً مصقولاً ، كسطح المرآة المستوية لدراسة انعكاس الضوء وقوانينه . وفيما يلي سرد للمصطلحات والقوانين التي سنتناولها في هذا الدرس وتعرفت عليها من خلال الرسم التوضيحي في الصفحة السابقة .
العمود المقام على السطح : هو خط مستقيم يقام عمودياً على سطح المرآة .
زاوية السقوط : الزاوية المحصوة بين الشعاع الساقط والعمود المقام على سطح المرآة من نقطة السقوط .  
زاوية الانعكاس : الزاوية المحصورة بين الشعاع المنعكس ، والعمود المقام على سطح المرآة من نقطة السقوط .
 
قانون الإنعكاس الأول : الشعاع الساقط والشعاع المنعكس والعمود المقام على السطح العاكس من نقطة السقوط تقع كلها في مستوى واحد .
قانون الإنعكاس الثاني : عندما يسقط الشعاع الضوئي على سطحٍ مصقول ( المرآة ) فإنه ينعكس بحيث تكون زاوية الإنعكاس مساويةً لزاوية السقوط .
المرايا
المرايا المستوية :
عادةً تُصنع المرايا المستوية من الزجاج الجيد حيث يُطلى ظهر لوحه بمادة معتمة أو تُصنع من معدن صُقِلَ سطحه صقلاً عالياً واصبح ناعماً وهنا يقوم السطح المصقول الناعم إلى حد كبير بوظيفة عمل المرآة .
http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level_2/al-dou/ball2.gifينعكس الضوء عن سطوح المرايا المستوية وفق قانوني الإنعكاس:
1- زاوية الانعكاس = زاوية السقوط
2- الشعاع الساقط والشعاع المنعكس ، والعمود المقام على السطح العاكس منْ نقطة السقوط ، تقع كلُّها في مستوى واحد .
http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level_2/al-dou/ball2.gifتتكون الأخيلة في هذه المرايا نتيجة لانعكاس الأشعة الضوئية الساقطة عليها من الأجسام التي تقع أمامها
لتعيين موضع خيال نقطةٍ في مرآةٍ مستويةٍ ، يكفي ان نسقط عموداً من النقطة على سطح المرآة ، تم نمدُّ هذا العمود خلف المرآه مسافةً مساوية لبعُد النقطة عنها ، وتكون نهاية الخط خلف المرآة هي موضع خيال النقطة. 
حقائق علمية :
الشعاع الساقط على امتداد العمود المقام على السطح العاكس من نقطة السقوط ينعكس على نفسه .
بُعد الخيال عن المرآة المستوية يُساوي بُعد الجسم عن المرآة .
إذا أُديرت المرآة المستوية بزاوية مقدارها س ْ فإن الشعاع المنعكس يدور ضعف الزاوية التي تدورها المرآة .
انعكاس الأشعة عن سطح المرآة المستوية




كيف ترى العين الخيال المتكون في المرآة  ؟
تكون الخيال في المرآة المستوية    .
الخلاصة :
عند النظر في
المرآة المستوية ، يمكن ان ترى فيها صورة تمتاز بالخصائص التالية :
http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level_2/lesson/appr.gif     بُعد الجسم امام المرآة يساوي بُعد الخيال (الصورة) خلف المرآة .
http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level_2/lesson/appr.gif   حجم الجسم يساوي حجم الخيال ( الصورة ) دون ان يحدث له تكبير أو تصغير أي أن الجانب الأيمن للمراي- للجسم – يظهر كما لو كان الجانب الأيسر في الصورة –الخيال- والعكس صحيح .
http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level_2/lesson/appr.gif    يقع الخيال – الصورة – خلف المرآة ويكون معتدلاً ، بمعنى أنه ليس مقلوباً .
http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level_2/lesson/appr.gif  لا يمكن جمع الخيال – الصورة – على حاجز أو ستار أي ان الخيال – الصورة – وهمي وليس حقيقياً .  
تذكر :
دائماً تكون الأخيلة المتكونة في
المرآة المستوية :
وهمية ، لها طول الجسم نفسه ، بُعدها عن المرآة يساوي بُعد الجسم عن المرآة .

المرايا الكروية
تمهيد :
عرفت أنَّ المرايا هي سطوح مصقولة تعكس معظم الأشعة الضوئية الساقطة عليها ، وبعد أن تعرفت إلى المرايا المستوية ستتعرف في هذا الدرس إلى المرايا الكروية .






المرايا المقعرة والمرايا المحدبة

عرفت أنه إذا كان السطح العاكس لجسم جزءاً من كرة ، نسمي هذا الجسم مرآة كروية .
نقول :
المرايا الكروية هي التي تكون سطوحها جزءاً من سطح كرة وهي نوعان :
مرايا مقعرة : يتجه فيها السطح العاكس إلى الداخل .
مرايا محدبة : يتجه فيها السطح العاكس إلى الخارج .
الانعكاس من الأسطح الكروية :
المرايا المحدبة : يمكننا القول أن سطح المرآة المحدبة يتألف من مجموعة قطع صغيرة من المرايا المستوية
                        والتي تكون منظمة بشكل منحني إلى الداخل .
الرسم التوضيحي التالي يبين لك انعكاس حزمة من الأشعة المتوازية عند سقوطها على سطح مرآةٍ مستوية .
لاحظ أن الأشعة المنعكسة عن المرآة المستوية بقيت متوازية ( غير متفرقة ولامتجمعة ).
والرسم التوضيحي التالي يبين لك انعكاس حزمة من الأشعة المتوازية عند سقوطها على سطح مرآةٍ محدبة .
لاحظ أن الأشعة المنعكسة عن سطح المرآة المحدبة هي أشعة متفرقة عن سطحها وتبدو كأنها خارجةٌ من المرآة .
تسمى المرآة المحدبة : المرآة المفرقة .

الانعكاس من الأسطح الكروية :
المرايا المقعرة : يمكننا القول أن سطح المرآة المقعرة يتألف من مجموعة قطع صغيرة من المرايا المستوية والتي
                        تكون منظمة بشكل منحني إلى الخارج .
والرسم التوضيحي التالي يبين لك انعكاس حزمة من الأشعة المتوازية عند سقوطها على سطح مرآةٍ مقعرة .
لاحظ أن المرآة المقعرة ركزت الأشعة المنعكسة في نقطةٍ واحدة .
نسمي المرآة المقعرة : المرآة اللامة .

    البؤرة الأصلية للمرآة  المحدبة :                                         البؤرة الأصلية للمرآة المقعرة :
المصطلحات :
عند دراستنا للمرايا الكروية وصفات الأخيلة المتكونة فيها نستعمل مجموعة من المصطلحات التي يجدر بك التعرف عليها وفهم مدلولاتها .

مركز تكور المرآة ( م ) : هو مركز الكرة التي تكوِّن المرآة جزءاً من سطحها ونقول هو مركز الكرة التي اقتطعت منها المرآة .

قطب المرآة ( ق ) : هو النقطة التي تقع في منتصف سطح المرآة الكروية .

المحور الرئيس للمرآة الكروية : هو الخط الواصل بين قطب المرآة ومركز تكورها .

نصف قطر التكور ( نق ) : نصف قطر الكرة الذي أخذت منه المرآة .

البعد البؤري : المسافة بين البؤرة وقطب المرآة .

البؤرة الأصلية للمرآة المحدبة: النقطة التي تتجمع فيها امتدادات الأشعة الموازية للمحور الرئيس للمرآة بعد انعكاسها عنها.

البؤرة الأصلية للمرآة المقعرة : النقطة التي تتجمع فيها الأشعة الموازية للمحور الرئيس بعد انعكاسها عنها .
ما هو الضوء ؟؟
شغل هذا السؤال ، ولا زالَ ، أذهان العلماء والفلاسفة ويبدو أن الإجابة ستبقى غير نهائية طالما بقي هناك "ضوء" يضئ مستقبلنا .  
اعتمد القدماء ، على عقولهم المبدعة ، في محاولة فهم الضوء وطبيعته ، فالفيلسوف اليوناني أرسطو Aristotle ... قال إن "الضوء هو النشاط الناتج لما هو شفاف" .  وأن هذه الشفافية خاصية جوهرية لمواد متنوعة ، وعند تنشيطها بفعل الشمس أو النار ، ينتج عنها الضوء واللون .  
في القرن الخامس ق.م. استنتج الفيلسوف إمبيدوقليس – Empedocles أن الضوء عبارة عن مادة متدفقة تنبعث من الشمس ، وأننا لا ندرك حركته لأنه ينطلق بسرعة هائلة .  
وكان العديد من الإغريق ، ومن بينهم
عالم الرياضيات إقليدس Euclid ، والفيلسوف أفلاطون Plato ، يتشاركون في الاعتقاد بأن العين تنتج نوعا من الأشعة المرئية .  وتلك الأشعة ، كما كان يعتقد ، ينبغي أن تسقط على الشيء مباشرة حتى يمكن رؤيته . تسقط على الشيء مباشرة حتى يمكن رؤيته . ولكن أرسطو كان من بين الذين استنتجوا أنه لو كانت هذه الفكرة صحيحة ، لكان من الممكن أن نرى في الظلام .  
قبل ألف عام مضت ، قال العالم العربي الحسن بن الهيثم إن الألم الذي ينتابنا عندما ننظر إلى الشمس يمثل دليلاً على أن الضوء هو الذي يدخل العين وليس العكس .  وبعد مضي قرون عدة لاحظ الفنان الإيطالي ليوناردو دافنشي da Vinci أن العين تشبه الغرفة المظلمة في الكاميرا ، وأجرى ديكارت  Descartes تجارب على مقلة عين ثور حيث فصل مؤخرة العين ونظر من خلالها ، فوجد أن العين تلتقط صورة مقلوبة للعالم .
كان إسحق نيوتن Newton من أوائل من اخضعوا الضوء للاختبار المعملي ، فخلال ستينيات القرن السابع عشر ، أوضح نيوتن أن الضوء يتكون من جميع ألوان الطيف المرئي . وتمكن باستخدام منشور زجاجي Prism أن يحلل ضوء الشمس إلى قوس قزح ، وبعد ذلك استخدم منشوراً آخر لدمج الألوان مرة أخرى للحصول على اللون الأبيض .  
وفي عام 1675 قال نيوتن "مهما كانت طبيعة الضوء ، فإنني أفترض أنه يتكون من أشعة متعاقبة (Successive rays) تختلف كل منها عن الأخرى في مواصفاتها المحتملة ، مثل الحجم والشكل أو القوة ، تماما مثل الرمال الموجودة على الشاطئ أو أمواج البحر ، أو وجوه الرجال ، أو جميع الأشياء الطبيعية الأخرى " .  
كان نيوتن يعتقد أن الضوء جسيمي دقائقي (Particulate) . يتكون من " أعداد هائلة من الكريات سريعة الحركة والتي لا يمكن تخيل مدى دقة حجمها وسرعتها ، وهي تنطلق  واحدة تلو الأخرى ، من الأجرام السماوية التي هي على أبعاد هائلة عن أرضنا وعن بعضها البعض " .  
في القرن التاسع عشر درس عمالقة العلم الضوء وانحازوا جميعاً إلى فكرة الموجات . وفي ستينيات القرن التاسع عشر أجرى الاسكتلندي جيمس ماكسويل Maxwell دراساته على الكهرباء والمغناطيسية وتأكد من أنهما تنتشران عبر الفضاء بنفس سرعة الضوء  واستنتج أن الضوء هو موجة " كهرمغناطيسية " .  
وقد خفتُ الجدل بين كون الضوء موجة أم جسيماً بظهور نظرية ميكانيكا الكم ( Quantum Mechanics ) فحسب هذه النظرية ينتج الضوء عن تغير مستوى طاقة الإلكترونات . وهو ينطلق عبر الفضاء كموجة ، ولكنه عندما يصطدم بالمادة ، يسلك سلوك الجسيم ، وهكذا أصبح العلماء يؤمنون بأن للضوء طبيعة مزدوجة هي طبيعة موجية وطبيعة مادية دقائقية .
ثم جاء ألبرت اينشتاين Einstien الذي حقق إنجازه النظري وذلك بامعان التفكير في الضوء . لقد اجرى " تجارب فكرية " وتساءل في إحداها عما يمكن أن يحدث إذا أُتيح للمرء أن يمتطي شعاعاً من الضوء وينظر إلى شعاع قريب منه . ألن يبدو الشعاع القريب ثابتاً ، غير متحرك ؟
والإجابة التي طرحها أينشتاين هي أن سرعة الضوء ثابتة بالنسبة لجميع الراصدين ، بغض النظر عن سرعتهم الخاصة .


سرعة الضوء
عندما تُشعل مصباحاً كهربائياً ، تشعُر وكأن الضوء يَنتَشِر فوراً مثل لمح البصر ! 
أنت تعرف أن سرعة الضوء في الفراغ ( والهواء ) هي سرعة عالية جداً تبلغ 300 ألف كيلومتر بالثانية ، ولهذا يعجز جهازنا العصبي عن تبين إنطلاق الأشعة من المصباح الكهربائي . ولكن ماذا لو درسنا انتقال الضوء إلى مسافات بعيدة جداً ... من الشمس إلى كوكب بلوتو أو إلى حافة المجرة ... ؟!
تحتاجُ موجات الراديو – وسرعتها هي نفس سرعة الضوء – إلى أكثر من ثانية واحدة لحمل رسالة صوتية لرائد الفضاء من القمر إلى الأرض .
وتستغرق الأشعة الضوئية في رحلتها من الشمس إلى سطح الكرة الأرضية ، ثمانية دقائق ونصف الدقيقة.
بينما تحتاج هذه الأشعة إلى 5 ساعات و 4 دقائق للانتقال من الشمس إلى كوكب بلوتو ...
ولعلك سمعت عن رحلات الضوء بين المجرات وعبر المسافات الكونية والتي تستغرق بلايين السنين الضوئية .   
http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level3/laser/speed/speed1.gifالسنة الضوئية
عند دراستنا لقوانين الحركة ، تعرفنا إلى طرق احتساب الزمن اللازم لانتقال جسم من مكان إلى آخر .
http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level3/laser/speed/speed2.gifتبلغ المسافة بين الكرة الأرضية والقمر 384 ألف كيلومتر وهكذا نجد أن الزمن اللازم لانتقال موجات الراديو من الأرض إلى القمر هو :


وإذا عرفنا أن زمن رحلة الضوء من الشمس إلى الأرض هو 8.5 دقيقة ، فأنت تستطيع معرفة المسافة بين الشمس والأرض .
المسافة = السرعة × الزمن
http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level3/laser/speed/speed3.gif

http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level3/laser/speed/speed4.gif

= 255 × 510 كم

ما المسافة التي يقطعها الضوء خلال دقيقة واحدة ؟
http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level3/laser/speed/speed5.gif

http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level3/laser/speed/speed6.gif

أي 18 مليون كم بالدقيقة
http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level3/laser/speed/speed7.gif
ما المسافة التي يقطعها الضوء خلال ساعة واحدة ؟
http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level3/laser/speed/speed8.gif

= 1080 مليون  كم يالساعة
كم يقطع الضوء خلال سنة واحدة ؟
نُسمي المسافة التي يقطعها الضوء خلال سنة زمنية  }سنة ضوئية| . يستخدم علماء الفلك " السنة الضوئية " كوحدة مسافة لقياس المسافات بين النجوم والكواكب .  السنة الضوئية تُعادل حوالي 9.6 ترليون كيلومتر .
تذكر:
http://www.schoolarabia.net/images/bullets/ball2.gifلا شيء يمكنه الانتقال بسرعة أكبر من سرعة الضوء .
http://www.schoolarabia.net/images/bullets/ball2.gifمهما بلغت سرعتك ، فإن سرعة الضوء تبدو لك نفس سرعته عندما تكون ثابتاً في مكانك .
http://www.schoolarabia.net/images/bullets/ball2.gifإذا تحرك شخص أو جسم ما بتسارع يقربه من سرعة الضوء ، فإن الزمن يبدو له بطيئاً .
الضوء الساقط على مياه البحار والمحيطات  

http://www.schoolarabia.net/images/bullets/ball2.gifماذا يحدث للضوء عندما يسقط على سطح مياه البحار والمحيطات ؟
تعرف من دراستك السابقة أن الضوء عندما يسقط على الأجسام يحدث له انعكاس و(أو) انكسار و(أو) امتصاص .  
والآن عندما يسقط الضوء على سطح ماء البحر ، فإن جزءاً منه ينعكس لأن سطح الماء يعمل كسطح مصقول ، أما القسم الآخر فإنه يخترق الطبقة السطحية مغيراً اتجاهه وكذلك سرعته . 
حيث إن سرعة الضوء في الماء أقل مما هي في الهواء ، ولكن عملية امتصاصه التدريجي من قبل الماء تستمر أيضاً يتم امتصاص الضوء الأحمر أولاً ثم البرتقالي ويليه الأصفر فالأخضر وأخيراً الأزرق .
يستمر الضوء في سيره تحت الماء بسرعة أقل ، وقد وجد العلماء أن الضوء يُمتص كلياً عند عمق حوالي 300 م تحت سطح الماء.  
http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level3/laser/revier/light.gifوبما أن الضوء الأزرق هو أكثر الألوان تشتتاً لذلك يبدو الماء بلونه الأزرق ، ويمكن لشخص موجود على أعماق قليلة تحت السطح أن يشاهد الأشياء بلون أزرق التي تحيط به لأن الأشعة الضوئية ما تزال موجودة . ولكن بعد تمام امتصاص الضوء تصبح المنطقة معتمه ، ولذلك فإن المناطق العميقة (أكثر من 300 م تحت السطح) هي في ظلام دائم.                  

ضوء الليزرLight  LASER  
مقدمة : يُنظر إلى الليزر غالباً على أنه من العلوم المستقبيلة لكنه الآن أصبح موضوع الساعة حيث يستخدم في كل مكان ومجال : في الاتصالات وقياس المسافات بدقة ، خاصة أبعاد الأقمار والنجوم والكواكب ، كما يستخدم في المحلات التجارية وفي الأقراص المدمجة وصناعة الالكترونيات وعموماً لمختلف الأغراض .
إن كلمة LASER هي لفظةٌ مشتقة من أوائل كلمات العبارة : 
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
L A S E R
تضخيم الضوء بانبعاث الإشعاع المستحث
يُعتبر الليزر نوعاً من الضوء الذي يختلف عن ضوء الشمس ، أو الضوء الصادر مصباح كهربائي .
الصفحات التالية ستقودك إلى التعرف على هذه الاختلافات وبالطبع ستتعرف من خلالها على ماهية أشعة الليزر .
الضوء      Light        L
عندما نتحدث عن الليزر ، فنحن نتحدث أيضاً عن الضوء وعادة نقصد بالضوء الطيف المرئي ، والكل منا يدرك مدى أهمية الضوء في حياتنا .  
http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level3/laser/spectrum.jpg
يُعتبر الضوء طاقة مرئية لنا ، وهنالك أنواع أخرى من الطاقة غير المرئية لعيوننا من مثل :
                   الأشعة تحت الحمراء التي نَحِسُ بها كحرارة .
                   موجات الراديو التي ويُمكن تحويلها إلى صوت .
                   موجات الميكروييف المستخدمة في طهي الطعام .

سلوك الضوء :

يتسم
الضوء بطبيعة مزدوجة، فمن ناحية يسلك الضوء سلوك الموجات ومن ناحية أخرى فإنه يسلك سلوك الدقائق المادية. 
http://www.schoolarabia.net/images/photo/icon/bulletred2.gifتفسر النظرية الموجية للضوء كثيراً من خصائصه بشكل جيد ( الانكسار ..... ) ولكنها تعجز عن تفسير خصائص ضوئية أخرى معروفة لنا .
فمثلاً حينما يصطدم الضوء ذو الطاقة العالية بصفيحة معدنية فإنه ينتج تياراً كهربائياً ، ويعجز الضوء منخفض الطاقة عن ذلك . ولو كان الضوء ذا طبيعة موجية فقط لوجب الحصول على التيار الكهربائي من الصفيحة المعدنية سواء أكانت الموجات ضعيفة أم قوية حيث أن الصفيحة في هذه الحالة تمتص الموجات وتنتج التيار المتناسب معها .
وهكذا نرى أن للضوء أيضاً طبيعة جسيمية مادية .   
أنواع الضوء :
1)   ضوء المصباح الكهربائي ... ينتج عن مرور التيار الكهربائي في فتيلة سلكية رفيعة فيجعلها تتوهج .
2)
   ضوء الفلوريسنت : وينتج عن مرور التيار الكهربائي في انبوب يحتوي الفوسفور فيجعله يتوهج.
3)
ضوء النيون : تُهيج الكهرباء ، ذرات غاز النيون فتجعله يتوهج .
4)
     الضوء المستقطب : هو ضوء يكون لموجاته تردد في مستوى معين فلا تحيد عنه .
5)  ضوء الليزر : ضوء متجانس له تردد موجي واحد ، وهو وحيد الطور . ويعني هذا أن قمم وقيعان الموجات الضوئية تتحرك في نفس الاتجاه في نفس الوقت . ولهذا يتحرك ضوء الليزر في خطوط متوازية ويكون تبعثرها أو خروجها عن الخط في مجال ضيق جداً .  
مقارنة بين ضوء المصباح وضوء الليزر
يتميز الليزر بقدرته على تركيز طاقة الضوء والتحكم بها ، وهذا من الفوارق الهامة بينه وبين ضوء المصباح الكهربائي الذي ينتشر في مختلف الاتجاهات .

تهيج الذرات : 
تَتنج كل أنواع الضوء عن ذرات في حالة تهيج . ومن المعلوم أن الذرة تتهيج نتيجة حصولها على طاقة ضوئية أو غيرها من مصدر خارجي .
توجد الالكترونات حول الذرة في مستويات طاقة خاصة بها ، فإذا امتص الالكترون طاقة فإنه يرتفع إلى مستوى طاقة أعلى من طاقته ، مما يؤدي إلى تهيج الذرة .  
ولكن الذرة تفضل دائماً وضع الاستقرار ، لذلك يعود الالكترون إلى مستواه الأصلي ، مطلقاً كمية من الطاقة على شكل فوتونات .
الفوتون : كمية محددة من الطاقة . والالكترون أثناء عودته من مستوى طاقة أعلى إلى مستواه الأصلي يبعث
              عدداً من الفوتونات .    
إن كل أنواع الضوء ، بما فيها الليزر ، تتكون من جسيمات دقيقة تُسمى الفوتونات . ولكن هذه الفوتونات لا تكون متشابهة دائماً .
فمثلاً
فوتونات الضوء الأخضر تختلف عن فوتونات الضوء الأصفر وعن فوتونات الضوء الأزرق وهكذا ...
أنت تعرف أن الضوء ( الطيف المرئي ) الذي تراه عين الإنسان هو مزيج من الألوان الضوئية ، ولكل لون من ألوان الطيف المرئي فوتونات خاصة به ولها طاقة خاصة تختلف باختلاف لون الضوء .
وهكذا فإن
الطيف المرئي ( الضوء ) يتكون من مزيج من الفوتونات بطاقات مختلفة .
أما
الليزر فإنه نوع خاص من الضوء ..... إنه ضوء يتكون من فوتونات متجانسة لها نفس الطاقة .
التضخيم    Amplification       A
يعني هذا المصطلح إنتاج حزمة ضوئية ساطعة وعالية الطاقة من ذرة متهيجة .
يُمكن أن يُنشط
الليزر بعدد قليل من الفوتونات القادرة على إنتاج المزيد منها . وتؤدي هذه العملية إلى تضخيم ضوء الليزر الأولي لإنتاج حزمه مكثفة وساطعة بمعنى أن فوتوناً واحدا يعمل على استثارة ذرات متهيجة فنحصل على عدد كبير من الفوتونات التي لها نفس طاقته ( تضخيم ) .
الحث   Stimulated      S
يعني الحث تحفيز الذرة على إطلاق المزيد من الفوتونات من خلال إسقاط فوتون له نفس طاقة مستوى الطاقة المتهيج .
يمكن للذرة أن تتواجد في حالة تهيج ويشبَّه وضعها هذا بوضع وتر القوس المشدود .
عند تحرير وتر القوس المشدود ينطلق السهم ، ويحدث الأمر نفسه مع
الفوتونات عندما تعود الذرة لوضعية الاستقرار .
عندما تُقذف الذرة المتهيجة بفوتون له نفس طاقتها ، فإنها تعطيه فوتونها ليتحد معه وهذا ما يعرف باسم حفز الذرة .
الانبعاث    Emission     E
تطلق الذرة المتهيجة فوتوناً حينما تستقبل فوتوناً خارجياً .وقد وصف اينشتاين هذه العملية واسماها " الانبعاث الحفزي أو المستثار "
الاشعاع     Radiation     R
يرتبط مفهوم الاشعاع بسمعة سيئة لارتباطه بالطاقة النووية أما في حالة الليزر فإن كلمة الإشعاع تعني الفوتونات التي تنبعث .                      
تكون الصور في المرايا الكروية
1- المرايا المقعرة :
للتعرف إلى كيفية تكوّن الصور ( الأخيلة ) في المرايا المقعرة ، يجب دراسة بعض القواعد المتعلقة بسقوط أشعة الضوء على أجزاء مختلفة من المرآة المقعرة .  
القاعدة الأولى : الشعاع الساقط موازياً للمحور الرئيس ، ينعكس ماراً بالبؤرة .
القاعدة الثانية : الشعاع الساقط مروراً بمركز التكور ( م ) ينعكس على نفسه .
القاعدة الثالثة : عندما يسقط شعاع على سطح المرآة المقعرة ماراً بالبؤرة فإنه ينعكس موازياً للمحور الرئيس .
باستخدام القواعد السابقة يمكن دراسة الصور ( الأخيلة ) المتكونة بواسطة المرآة المقعرة . وستلاحظ في الصفحات القادمة أن صفات الخيال المتكون يعتمد على المكان الذي يحتله الجسم أمام المرآة .
الحالة الأولى : عندما يكون الجسم بين قطب المرآة المقعرة ( ق ) والبؤرة ( ب )
ليكن ( أ جـ ) الجسم الموضوع ( الشمعة ) أمام المرآة بين ( ق ) و ( ب ) .
1- نرسم الشعاع الأول ( أ د ) موازياً للمحور الرئيس ويسقط على المرآة عند النقطة ( د ) ، وعندما ينعكس هذا الشعاع فإنه يمر بالبؤرة .
( قاعدة 1 ) 
2- ولنجعل شعاعاً آخر ينطلق من أ ( أ و ) يسقط على المرآة بحيث يمر خلال مركز التكور ( م ). إن هذا الشعاع سينعكس على نفسه
( قاعدة 2 ) .
3-
النقطة الأخرى للشمعة ( جـ ) تقع على المحور الرئيس ، ولذلك فإن الشعاع الصادر عنها سينعكس على نفسه .
4- الآن اجعل امتدادات الأشعة الساقطة على المرآة من النقطة (أ) تتجمع خلف المرآة وستجد أنها تتقاطع عند النقطة
 ( http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level3/laser/mirror/mirror2/a.gif) خلف المرآة .
5- وكذلك ارسم امتداد الشعاع الصادر عن النقطة ( جـ ) . إنه يكون الصورة ( جـَ ) ولذلك فإن الخيال المتكون (
http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level3/laser/mirror/mirror2/a.gifجـَ ) يكون خلف المرآة ويمكنك ملاحظة أن ( http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level3/laser/mirror/mirror2/a.gifجـَ ) أكبر من ( أ  جـ ).  
ماذا نستنتج !؟
صفات الخيال المتكون لجسم موضوع بين بؤرة مرآة مقعرة ( ب ) وقطبها ( ق ) تكون على النحو التالي :
1) يقع الخيال خلف المرآة ولذلك يكون وهمياً .
2) يكون الخيال معتدلاً .
3) يكون الخيال مكبّراً ( أكبر من الجسم الحقيقي ) .
ومما سبق نستطيع تفسير استخدام المرآيا المقعرة في مرايا الحلاقة . حيث أنك عند وضع وجهك قريباً من المرآة ، فإن صورتك تكون معتدلة ومكبّرة .
الحالة الثانية : عندما يكون الجسم موضوعاً في بؤرة المرآة المقعرة .
لنجعل الشمعة ( أ جـ ) موضوعة في البؤرة .
 الآن ، نولّد شعاعين من النقطة أ ، أحدهما ( أ د ) موازي للمحور الرئيس فينعكس ماراً في البؤرة والآخر ( أ هـ ) يسقط عمودياً على المرآة فينعكس على نفسه مراً بمركز التكور .
باستخدام
القاعدتين 1 ، 2 . فإن الشعاع أ د سينعكس ماراً بالبؤرة . الشعاع المنعكس ( د ب ي ) .
وكذلك الشعاع ( هـ أ م ) سيسقط على النقطة ( هـ ) على المرآة وينعكس على نفسه . وهذان الشعاعان المنعكسان متوازيان وسوف
يلتقيان في اللانهاية ولذلك فإن خيال النقطة ( أ ) سيكون في اللانهاية .
ولذلك فإن خيال الجسم الموضوع في بؤرة المرآة :
1) يتكون الخيال في اللانهاية.
2) يكون الخيال حقيقي ومقلوب .
3) يكون الخيال مكبراً جداً .
4) ومع ذلك فإننا لا نراه لأنه بعيد جداً عن أعيننا .
ومما سبق نستطيع تفسير استخدام المرايا المقعرة العاكسة في مصابيح السيارات . بحيث يوضع المصباح في بؤرة المرآة العاكسة . وبذلك تكون الأشعة المنعكسة متوازية وتوفر للسائق رؤية واضحة خلال الليل .  
الحالة الثالثة : عندما يكون الجسم موضوعاً بين ( ب ) و ( م ) لمرآة مقعرة.
الجسم ( أ جـ )( الشمعة ) موضوع بين البؤرة ( ب ) ومركز التكور ( م ) .
لنتخيل شعاعين صادرين من ( أ ):
1- الشعاع ( أ د ) موازياً للمحور الرئيس ،( د ) هي نقطة الانعكاس على المرآة ، ينعكس هذا الشعاع مكوناً الشعاع
    (د ب 
http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level3/laser/mirror/mirror2/a.gif). ( القاعدة 1 ) .
2- الشعاع الثاني ( أ هـ ) يقطع المحور الرئيس عند مركز التكور (م) . وباستخدام
( القاعدة 2 ) ، فإن انعكاس الشعاع ( أ هـ ) سيكون على نفسه ( هـ أ م ) .
الآن لندع الشعاعين ( د ب
http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level3/laser/mirror/mirror2/a.gif) و( هـ أ م ) يلتقيان عند ( http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level3/laser/mirror/mirror2/a.gif) والتي تكون صورة ( أ ) .
كذلك فإن الأشعة القادمة من ( جـ ) سوف تمر دون انعكاس على المحور مكونة صورة في (جـَ) ، ونستطيع تحديد مكانها حيث أن (
http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level3/laser/mirror/mirror2/a.gif جـَ) يجب أن يكون عمودياً على المحور الرئيس (لماذا) ؟
ولذلك فإننا نستنتج أن :
خيال الجسم الموضوع بين البؤرة ومركز التكور لمرآة مقعرة يتصف بما يلي :
1) يتكون الخيال بعد مركز التكور .
2) الخيال حقيقي ومقلوب .
3) الخيال مكّبر .
الحالة الرابعة : عندما يكون الجسم موضوعاً في مركز التكور لمرآة مقعرة .  
لنفرض أن الجسم ( أ جـ ) ( الشمعة ) موضوع في مركز التكور .
يصدر عن النقطة ( أ ) شعاعين أحدهما ( أ د ) موازٍ للمحور الرئيس والآخر ( أ ب هـ ) يمر من خلال البؤرة .
باستخدام
( القاعدة 1 ) الشعاع ( أ د ) سوف ينعكس عن المرآة ماراً بالبؤرة ( ب ) . ويمثله الشعاع (د ب http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level3/laser/mirror/mirror2/a.gif) في الشكل . أما الشعاع الثاني ( أ ب هـ ) المار في البؤرة فينعكس موازياً للمحور الرئيس مكوناً الشعاع ( هـ http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level3/laser/mirror/mirror2/a.gif) .
وبالنسبة للأشعة القادمة من ( جـ ) فإنها ستنعكس على نفسها وتحافظ على مسارها ( ق ب م ) . ويتكون خيال (
http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level3/laser/mirror/mirror2/a.gifجـَ ) للجسم ( أ جـ ) ومن الواضح أن الخيال غير مكبّر ( مساوٍ لطول الجسم ) ومقلوب ويتكون في مركز التكور .
ولذلك فإنه يمكن استنتاج أن الخيال المتكوّن لجسم موضوع في مركز التكور لمرآة مقعرة يتصف بما يلي :
1) يتكون الخيال في مركز التكور .
2) الخيال مقلوب وحقيقي .
3) الخيال له نفس حجم الجسم .
الحالة الخامسة : عندما يكون الجسم موضوعاً على مسافة أكبر من مركز التكور لمرآة مقعرة.
لنجعل الشمعة ( الجسم ) ( أ جـ ) على مسافة أكبر من مركز التكور من النقطة ( أ ) يصدر شعاعين أحدهما ( أ د ) ينعكس من نقطة ( د ) على المرآة ماراً بالبؤرة ليكوّن الشعاع ( د ب http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level3/laser/mirror/mirror2/a.gif) . والشعاع الثاني ينطلق من ( أ ) من خلال مركز التكور ويسقط على النقطة ( هـ ) على المرآة ( القاعدة 2 ) ومن ثم ينعكس على نفسه مكوناً الشعاع ( هـ م أ ) ونحصل على النقطة ( http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level3/laser/mirror/mirror2/a.gif) من تقاطع الشعاعين والتي تكون خيال النقطة ( أ ) . أما أي شعاع صادر عن النقطة ( جـ ) فإنه  سينعكس على نفسه أي على المحور الرئيس ولذلك فإن الخيال ( http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level3/laser/mirror/mirror2/a.gifhttp://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level3/laser/mirror/mirror2/j.gif) يتكون للجسم ( أ جـ ) وواضح من الرسم أن الخيال مقلوب ومصغر وتتكون الصورة بين مركز التكور ( م ) والبؤرة ( ب ) .  
ولذلك فإننا نستنتج أن خصائص الخيال المتكون لجسم موضوع على بعد أكبر من مركز التكور هي :
1) يتكون الخيال بين مركز التكور ( م ) والبؤرة ( ب ).
2) الخيال حقيقي ومقلوب.
3) الخيال مصغّر. 
ومما سبق نستطيع تفسير استخدام المرايا المقعرة في تطبيقات الخلايا الشمسية حيث أن الأشعة المتوازية القادمة من الشمس تتجمع في البؤرة ولذلك فإنها تتركز في نقطة واحدة وهي البؤرة ، وتصبح ملائمة لتطبيقات عديدة مثل مصادر الحرارة العالية .


الحالة السادسة : الخيال المتكون لجسم بعيد جداً عن مرآة مقعرة في الشكل .  
لنتصور أن الجسم ( أ جـ ) هو شمعة موضوعة بعيداً جداً عن المرآة المقعرة ، النقطة ( جـ ) لا تزال على المحور الرئيس. أما النقطة (أ) فإنها تصدر شعاعين يسقطان متوازيين بسبب أنهما قادمان من مكان بعيد . سوف ينعكس الشعاعان بحيث يلتقيان في النقطة ( http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level3/laser/mirror/mirror2/a.gif) الموازية للبؤرة ( القاعدة 3 ) . وبذلك يكون الخيال صغير جداً .
وعلى ذلك فإنه يمكن استنتاج أن الخيال المتكوّن لجسم بعيد جداً عن سطح مرآة مقعرة يتصف بما يلي :
1) يكون الخيال في البؤرة .
2) الصور حقيقية ومقلوبة .
3) الصورة صغيرة جداً .
الخصائص البصرية للمادة ( العدسات)




















الأخيلة المتكونة بوساطة المرايا المحدبة :
للتعرف على صفات الأخيلة المتكونة بوساطة المرآة المحدبة ، تلزمنا القواعد التالية الخاصة بالأشعة الساقطة على المرآة وكيفية انعكاسها عن سطحها :  
الشعاع الساقط على سطح مرآة محدبة موازياً للمحور الرئيس . ينعكس بحيث يمر امتداده من خلال البؤرة .
الشعاع الساقط الذي يمر امتداده من خلال مركز التكور ينعكس على نفسه على نفس المسار .
وخلافاً لحالات الأخيلة المختلفة المتكونة بوساطة المرآة المقعرة ، فإن الأخيلة المتكونة بوساطة المرآة المحدبة تكون دائماً وهمية معتدلة مصغرة


الآن لنجعل الجسم (الشمعة) (أ جـ) على مسافة معينة من قطب المرآة (ق). ولتصدر شعاعين من النقطة ( أ ) :
الأول (أ د) موازياً للمحور الرئيس والثاني (أ هـ) يسقط على المرآة بحيث يمر امتداده بمركز التكور ( م ) .
الشعاع الأول (أ د) ينعكس بحيث يكون امتداده ماراً بالبؤرة (ب) . أما الشعاع الثاني (أ هـ) فيسقط بحيث يمر امتداده من خلال مركز التكور (م) وينعكس على نفسه . أما الخيال المتكون (أ َ جـَ) فيتكون من تقاطع الأشعة.
وعلى ذلك ، فإنه مهما كان بُعد الجسم أمام المرآة فإن الخيال المتكون دائماً :
1. يتكون خلف المرآة بين قطب المرآة (ق) والبؤرة (ب) .
2. الخيال معتدل ووهمي .
3. الخيال مصغّر .

نظراً لخصائص الخيال فإن المرايا المحدبة تستخدم في السيارات وكافة وسائل النقل ، لأنها تنقل صورة واسعة عما يوجد خلف السيارة .

معادلة المرآة :

هذه المعادلة توضّح العلاقة بين بُعد الجسم عن المرآة (س) وبُعد الخيال عن المرآة (ص) والبُعد البؤري للمرآة (ع) .
http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level3/laser/mirror/1s.gif
وبذلك إذا عرفت كميتين من الثلاث كميات (س ، ص ، ع) فإنه يمكنك حساب الكمية الثالثة مع ملاحظة تعويض قيم كل من س ، ص ، ع بإشارتها الصحيحة .

مصطلح الإشارات في المرايا :
http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level3/laser/mirror/mirror2/touched_lamp.gifتعتبر (س) موجبة إذا كان الجسم أمام المرآة (جسم حقيقي) .
      جـ = (س) سالبة إذا كان الجسم خلف المرآة (جسم وهمي) .
http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level3/laser/mirror/mirror2/touched_lamp.gifتعتبر (ص) موجبة إذا تكوّن الخيال أمام المرآة (خيال حقيقي) .
     (س) سالبة إذا تكوّن الخيال خلف المرآة (خيال وهمي) .
http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level3/laser/mirror/mirror2/touched_lamp.gifتعتبر (ع) موجبة إذا كان مركز التكور ( م ) أمام المرآة [مرآة مقعرة] .
     (ع) سالبة إذا كان مركز التكور ( م ) خلف المرآة [مرآة محدبة] .
http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level3/laser/mirror/mirror2/touched_lamp.gifإذا كان التكبير (ت) موجباً ، فإن الخيال معتدل .
     إذا كان التكبير (ت) سالباً ، فإن الخيال مقلوب .
  
التكبير في المرايا :
يعرّف التكبير على أنه نسبة طول الخيال إلى طول الجسم :
http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level3/laser/mirror/2s.gif





تكون الصور في المرايا الكروية
   
أولاً: المرايا المقعرة
نستطيع التعرف على صفات الصور المتكونة في المرآة المقعرة عن طريق التجربة في المختبر. إلا أننا يمكن أن نحصل على هذه الصفات عن طريق الرسم الدقيق وذلك باتباع قاعدتين من القواعد الثلاث المدرجة أدناه.
1- الشعاع الساقط موازياً للمحور الرئيس ينعكس ماراً بالبؤرة.
2- الشعاع الساقط ماراً بمركز التكور ينعكس على نفسه.
3- الشعاع الساقط ماراً بالبؤرة ينعكس موازياً للمحور الرئيسي.
مثال:
ما هي صفات الصورة المتكونة لجسم (السهم في الشكل) يبعد مسافة أكبر من ضعفي البعد البؤري عن مرآة مقعرة نصف قطر تكورها (نق) يساوي ( 6سم ).












وللتعرف على الحالات الأخرى:
















ثانياً: المرآة المحدبة:
للتعرف على صفات الصورة المتكونة في المرآة المحدبة نتبع نفس القواعد السابقة ولكن من إجراء تعديل بسيط عليها لتصبح:
1- الشعاع الموازي للمحور الرئيس للمرآة ينعكس عنها بحيث يمر امتداده بالبؤرة.
2- الشعاع الساقط على سطح المرآة, بحيث يمر امتداده بالبؤرة فينعكس عنها, ويوازي محورها الرئيسي.
3- الشعاع الذي يسقط على سطح المرآة, بحيث يمر امتداده بمركز تكورها ينعكس على نفسه.

مهما كان بعد الجسم عن المرآة المحدبة فإن صفات الصورة لا تتغير وللتعرف على هذه الصفات نتبع الخطوات التالية:





















الانكسار
   
مقدمة:
الإنكسار هو ظاهرة تغير مسار الشعاع الضوئي عند انتقاله من وسط شفاف إلى وسط شفاف آخر " الانكسار".
وللتعرف على الظاهرة جيداً  يلزم تعريف المصطلحات التالية:
1- العمود المقام على السطح : هو عمود يقام على السطح الفاصل بين الوسطين.
2- زاوية السقوط  ( qه1 ) الزاوية بين الشعاع الساقط والعمود المقام على السطح.
3- زاوية الإنكسار ( qه2 ) : الزاوية بين الشعاع المنكسر والعمود المقام على السطح.
قانونا الإنكسار:
1- الشعاع الساقط, والشعاع المنكسر والعمود المقام على السطح الفاصل من نقطة, السقوط كلها تقع في مستوى
واحد.
2- النسبة بين جيب زاوية السقوط وجيب زاوية الانكسار تساوي مقدار ثابت.
وبذلك يمكن القول أن:
= مقدار ثابت = م21
جا qه1
جا qه2
 حيث م21 : معامل الإنكسار النسبي من الوسط ( 1 ) إلى الوسط ( 2 ) .
العدسات:
هي مادة شفافة محصورة بين سطحين كرويين والعدسات نوعان: العدسة محدبة الوجهين ( أ ) والعدسة مقعرة الوجهين (ب).
ويلزم التعرف على بعض المصطلحات الخاصة بهذين النوعين من العدسات.

أولاً : العدسة المحدبة:
1- مركز التكور ( م ): مركز الكرة الذي يشكل سطح العدسة جزءاً منها, وكل عدسة لها مركزي تكور.
2- المركز البصري: نقطة في العدسة, إذا سقط عليها شعاع ضوئي فإنه لا ينحرف عن مساره.
3- المحور الرئيسي: امتداد الخط الواصل بين مركزي تكور سطحي العدسة.
4- البؤرة: هي نقطة تقع خارج العدسة وفيها تتجمع الأشعة المتوازية الساقطة على العدسة المحدبة بعد انكسارها
والنقطة التي تتجمع فيها امتدادات الأشعة المنكسرة في العدسة المقعرة.

الصور المتكونة في العدسات المحدبة:
يمكن تحديد موقع الخيال المتكون في العدسة المحدبة بالرسم, باتباع القواعد التالية:
1- الشعاع الموازي للمحور الرئيس للعدسة ينكسر, بحيث يمر في البؤرة الأصلية.
2- الشعاع المار بالبؤرة الأصلية ينكسر, بحيث يوازي المحور الرئيس للعدسة.
3- الشعاع المار بالمركز البصري للعدسة يستمر في اتجاهه ولا ينكسر. 
ولتحديد صورة جسم ما نرسم شعاعين , أحدهما يوازي المحور الرئيس, والآخر يمر في المركز البصري للعدسة, فتكون نقطة تلاقي الشعاعين المنكسرين عن العدسة صورة الجسم .
مثال: ما هي صفات الصورة المتكونة لجسم يبعد مسافة 7 سم عن عدسة محدبة بعدها البؤري = 3 سم.
الحل: للتعرف على صفات الصورة المتكونة نستخدم طريقة الرسم.


ثانياً : العدسة المقّعرة:
للتعرف على صفات الصورة المتكّونة في العدسة المقعرة نتبع نفس القواعد السابقة مع إجراء تعديل بسيط فنقوم بما يلي:
1)      إسقاط إشعاع موازي للمحور الرئيسي, ينكسر بحيث يمر امتداده بالبؤرة  (ب2)



2)      إسقاط شعاع آخر خلال البؤرة (ب1) ينكسر فيكون موازياً للمحور الرئيسي .



3) إسقاط شعاع من خلال مركز العدسة يمر دون انحراف .






لا تتغير صفات الصورة في العدسة المقعرة مهما اختلف بعد الجسم عنها وللتعرّف على هذه الصفات نتبع الخطوات التالية:
1- ارسم العدسة ووضح على الرسم .
http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level4/light_im/light/ball1.GIFالبؤرة (ب1) على بعد 1.5 سم يميناً .
http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level4/light_im/light/ball1.GIFوالبؤرة (ب2) على بعد 1.5 سم يساراً .
2- ارسم الشعاع الأول موازياً للمحور الرئيسي فينكسر الشعاع بحيث يمر امتداده بالبؤرة (ب2). 
3- ارسم الشعاع الثاني بحيث يمر بمركز العدسة فيمر دون انحراف

4- تلاحظ أن صورة الجسم تكونت عند نقطة التقاء امتداد الشعاع الأول وامتداد الشعاع الثاني وصفاتها هي:
1- وهمية                           2- معتدلة                           3- مصغّرة

http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level5/laser/title.gif




تركيب الذرة وأسس عمل الليزر
في النموذج التقليدي لتركيب الذرة تتكون الذرة في أبسط صورها من نواة ( تحوي في داخلها البروتونات والنيوترونات ) وسحابة من الإلكترونات تدور في مدارات حول النواة ! وبالرغم من أن النظريات الحديثة حول الذرة لا تتنبأ بوجود مدارات منفصلة للإلكترونات ، إلا أنه من المفيد هنا أن ننظر لهذه المدارات بحيث أنها تمثل مستويات مختلفة من الطاقة .
تتم في الذرة عمليات مختلفة تشكّل الأساس لفهم عمل الليزر ، ولذلك لابد من دراسة هذه العمليات بشيءٍ من التفصيل . 
1)    الامتصاص التلقائي ( ( Spontaneous Absorption
من المعروف أن الذرات والأيونات والجزيئات تتميز كل منها بكمية محددة من الطاقة ( مستوى طاقة ) .  ويسمى المستوى الذي يمتلك أقل طاقة بالمستوى الأول ( Ground State ) وتسمى المستويات ذات الطاقة الأعلى بـ :
مستويات الإثارة ( Excited state )
فإذا امتصت الذرة فوتوناً ( أو فوتونات ) فإن طاقتها تزداد فتنتقل إلى مستوى طاقة أعلى ( مستوى إثارة ) ويكون فرق الطاقة بين المستويين يساوي طاقة الفوتون الممتص .
2)    الانبعاث التلقائي  ( Spontaneous Emission )
لا تبقى الذرة المثارة طويلاً في مستوى الطاقة الجديد ، فهي تميل دائماً إلى حالة الاستقرار وتعود بعد فترة زمنية معينة إلى المستوى الأول ( طا1 ) ، وعندما تنتقل هذه الذرة من مستوى الطاقة الأعلى ( طا2 ) إلى مستوى الطاقة المنخفض ( طا1 ) فإنها تطلق فوتوناً طاقته تساوي فرق الطاقة بين المستويين .
 ويسمى هذا الانتقال الانبعاث التلقائي ، وتكون فوتونات هذا الانتقال مختلفة في الطور بالنظر لاختلاف مستويات الطاقة التي تنبعث منها وتنبعث في جميع الاتجاهات ، ولا يشترط لحدوث الانتقال أن يكون هناك عدد كبير من الذرات المثارة . وهذا الانبعاث هو أساس شعاع الليزر .   
3)    الانبعاث المستثار أو المحفّز  ( Stimulated Emission )
إذا كانت الذرة في مستوى الطاقة الأعلى ( طا2 ) فيمكنها الانتقال إلى مستوى الطاقة المنخفض ( طا1 ) إذا اصطدمت بفوتون ناتج من انبعاث تلقائي بين المستويين ( طا2 ) و ( طا1 ) .
هذا الاصطدام يستثير ( يحفّز ) الذرة في المستوى ( طا
2 ) لتنتقل إلى المستوى ( طا1 ) مما يؤدي إلى انبعاث فوتون جديد مماثل لفوتون الانبعاث التلقائي الذي اصطدم بالذرة . ونقصد بكلمة مماثل أن الفوتون الجديد مماثل من حيث الطور والاتجاه والطاقة لفوتون الانبعاث التلقائي الذي اصطدم بالذرة.
يسمى هذا الانبعاث بِـ : الانبعاث المستثار ، وهو يختلف عن الانبعاث التلقائي : لأن طور جميع الفوتونات المنبعثة واتجاهها وطاقتها مطابقة للفوتونات المحفزّة التي سببت هذا الانبعاث . كذلك تتناسب شدة الانبعاث ( المستثار ) مع شدة الاشعاع الكهرومغناطيسي المتمثل بالانبعاث التلقائي .  

4)    التوزيع أو التعداد المعكوس ( Population Inversion )
لزيادة احتمال الانبعاث المستثار يجب أن يكون عدد الذرات المثارة في المستويات العليا للطاقة أكبر مما هو عليه في المستويات الدنيا للطاقة .
تسمى هذه العملية بالتوزيع أو التعداد المعكوس . وللوصول إلى هذه الحالة تستعمل أنظمة ذرية لها مستويات طاقة وسطية تسمى مستوى طاقة شبه مستقر Metastable state يكون متوسط زمن عمرها طويلاً نسبياً (10 -6 ـ 10 -2 ) ثانية كي تبقى الذرات المثارة فيها لفترة زمنية أطول من فترة وجودها في مستويات الإثارة الأخرى .
ويتم توليد هذه الحالة شبه المستقرة بطرائق تسمى طرائق أو
عمليات الضخ .

ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق