الفصل الثالث
فيزيـــــــــاء 3
الصف الثالث ثانوي
إعداد مشرفة العلوم
منــــال عـــون
كيف يبدو قلم رصاص موضوع في سائل عند النظر إليه جانبياً ؟
تبدو الأشياء التي تحت سطح الماء أقرب من البعد الحقيقي لها، كما تبدو قدما الشخص الواقف في البركة أنهما تتحركان إلى الخلف والأمام ، وتبدو الخطوط التي في قاع البركة تتمايل مع حركة الماء .
عللي السبب ؟ !!!!!
لأن الضوء يغير اتجاهه عند مروره من الماء إلى الهواء أو العكس .
الأدوات:
قطعة نقود معدنية - إناء عميق – ماء - شريط لاصق .
1.ثبّتي قطعة النقود بالشريط اللاصق في قعر الوعاء .
2.ابتعدي نحو الخلف حتى تختفي قطعة النقود عن نظرك فلا تستطيعين رؤيتها.و توقفي في هذا المكان.
3.اطلبي من إحدى الصديقات أن تصب لك الماء في الوعاء حتى تملأه .
هل ترين قطعة النقود الآن ؟
تجربــة قطعة نقــود
الخطوات :
عندما كان الوعاء فارغاً كانت حافة الوعاء تمنعك من رؤية قطعة النقود .
لكن امتلاء الوعاء بالماء و انكسار الضوء فيه سمح لك برؤية قطعة النقود.
مــاذا حــــدث ؟
قانون سنل في الانكسار
ما الذي يحدث عندما تسقط حزمة ضوء بشكل مائل على سطح قطعه زجاج ؟
سينحرف الضوء عن مساره عند مروره بالحد الفاصل بين الهواء والزجاج .
ويسمى ( انحراف الضوء عند مروره بين وسطين مختلفين في الكثافة الضوئية )
الانكســــار
وهذا ما درسه رينيه ديكارت وسنل .
من الرسم يمكننا التعرف على زاويتين هما :
زاوية السقوط θi : وهي الزاوية المحصورة بين العمود المقام واتجاه الشعاع الساقط .
زاوية الانكسار θr : هي الزاوية المحصورة بين العمود المقام واتجاه الشعاع المنكسر .
وقد وجد سنل في عام 1621م أنه عند مرور الضوء من الهواء الى وسط شفاف فإن جيب كل زاوية يرتبط مع المعادلة :��n = sin θ1 / sin θ2��حيث يسمىn معامل الانكسار��وبالتالي تم وضع قانون سنل في الانكسار ��n1 sin θ1 = n2 sin θ2��( حاصل ضرب معامل انكسار الوسط الاول في جيب زاوية السقوط يساوي حاصل ضرب معامل انكسار الوسط الثاني في جيب زاوية الانكسار )
معامل انكسار الوسط الأول.
معامل انكسار الوسط الثاني.
زاوية السقوط.
زاوية الإنكسار .
1- خصائص الوسطين الشفافين .
2- زاوية السقوط على الحد الفاصل.
ما العوامل المؤثرة في الانكسار
ينحرف الضوء مقترباً من العمود المقام عند انتقاله من الهواء إلى الزجاج .
وينحرف مبتعداً عن العمود المقام عند انتقاله من الزجاج الى الهواء .
النموذج الموجي
في الانكسار
عللي : الضوء يتحرك بسرعة أقل عند انتقاله من الفراغ إلى الوسط .
لأن الضوء يتفاعل مع الذرات عند انتقاله خلال الوسط
سرعة الضوء تتناسب طرديا مع الطول الموجي وينقص الطول الموجي للضوء عندما تنقص سرعة الضوء .
عند ثبوت التردد
الطول الموجي للضوء في أي وسط أقصر من الطول الموجي للضوء في الفراغ .
λ = u / f
معامل الانكسار لوسط
صوره أخرى لقانون سنل
سرعة الضوء في الفراغ مقسومة على سرعته في الوسط .
الطول الموجي للضوء في الفراغ
عند زيادة زاوية السقوط تزداد زاوية الانكسار .
عندما يعبر الضوء إلى وسط معامل انكساره أقل .
متى تكون زاوية الانكسار أكبر من زاوية السقوط ؟
ماذا يحدث عند الزاوية الحرجة
ويكون مقدار زاوية الانكسار
هي زاوية السقوط التي ينكسر عندها الشعاع على امتداد الحد الفاصل بين الوسطين .
عرفي الزاوية الحرجة؟
ينكسر الشعاع على امتداد الحد الفاصل بين الوسطين
متى يحدث ؟
الشرط :
عندما ينتقل الضوء من وسط معامل انكساره كبير الى وسط معامل انكساره أقل .
الانعكاس الكلي الداخلي
عندما يسقط الضوء على الحد الفاصل بزاوية أكبر من الزاوية الحرجة .
1- الألياف البصرية
تطبيقات مهمة للانعكاس الكلي الداخلي
* هي ألياف مصنوعة من الزجاج النقي .
* تكون طويلة ورفيعة ولا يتعدى سمكها سمك الشعرة.
* يجمع العديد من هذه الألياف في حزم داخل الكيبلات البصرية .
* وتستخدم في نقل الإشارات الضوئية لمسافات بعيدة جداً.
الضوء الذي ينتقل خلال الليف الشفاف
يصطدم بالسطح الداخلي لليف البصري بزاوية أكبر من الزاوية الحرجة
فينعكس الضوء جميعه ولا ينفذ أي جزء خلال الحد الفاصل .
غلاف الليف البصري يجب ان يكون له معامل انكسار أقل من معامل انكسار قلب الليف
طريقة عملهــا :
لذلك يحافظ الضوء على شدته على طول المسافة التي يمتدها الليف البصري .
وهكذا يمكن نقل الضوء من منطقة لأخرى .
2- الســـراب
هو عبارة عن ظاهرة طبيعية تحدث بسبب الاختلاف في كثافة طبقات الهواء القريبة من سطح الارض
في الصيف عندما تقود السيارة على الطريق .فإنك ترى ما يبدو وكأنه انعكاس للسيارة القادمة في بركة ماء . وتختفي البركة عندما تصل إليها .
يتعرض الضوء لانكسارات متعددة وهو ساقط للأسفل بسبب تسخين الشمس للطريق التي تسخن بدورها الهواء فوقها وتنتج طبقة حرارية من الهواء تؤدي إلى انحراف الضوء المنتقل في اتجاه الطريق تدريجياً إلى أعلى مما يجعل الضوء يبدو قادماً من انعكاس في بركة .
تفريق ( تحليل ) الضوء
العدسات المحدبة والمقعرة
استخدام العدسات
(1) لتصحيح النظر
(2) لصنع التلسكوب من عدستين
(3) الميكروسكوب
(4) آلات التصوير
أنواع العدسات
(1) عدسة محدبة (مجمعة) :
سميكة من الوسط ورقيقة من الأطراف .
(2) عدسة مقعرة (مفرقة) :
رقيقة من الوسط وسميكة من الأطراف .
معادلتا العدسات
معادلة العدسة الرقيقة :
مقلوب البعد البؤري للعدسة الكروية يساوي حاصل جمع مقلوب بعد الصورة ومقلوب بعد الجسم عن العدسة .
التكبيــــــر
يعرف تكبير عدسة كروية لجسم ما بأنه نسبة طول الصورة إلى طول الجسم ، ويساوي سالب بعد الصورة عن العدسة مقسوماً على بعد الجسم عن العدسة .
العدسات المحدبة والصور الحقيقية
يمكن إشعال ورقة أو ألياف خشبية بتكوين صورة للشمس عليها، لأن أشعة الشمس تصل إلى الأرض بصورة متوازية تقريباً ، وتتجمع الأشعة بعد انكسارها بواسطة العدسة عند البؤرة F للعدسة .
مخطـط الأشعـة
2F
2F
F
F
الأشعــــة
لرسم صورة جسم يجب تتبع شعاعين تسقط من رأس الجسم وتنعكس وتتلاقى في نقطة تمثل رأس الصورة :
(1) يسقط (موازي) : ينكسر (مار بالبؤرة)
(2) يسقط (مار بالبؤرة) : ينكسر (موازي)
العدسات المحدبة والصور الخيالية
عندما يكون الجسم بين F والعدسة يصل الشعاع I إلى العدسة موازياً المحور الرئيس ، وينكسر ماراً بالبؤرة F أما الشعاع 2 فينتقل من قمة الجسم ، وفي اتجاه مماثل إلى الاتجاه الذي يسلكه إذا بدأ من F في جانب العدسة الذي يوجد فيه الجسم ، ويبين الخط المتقطع من F إلى الجسم كيف ترسم الشعاع 2 . لذا لا يمكن تكوين صورة حقيقية .
العدسات المقعـرة
تفرق العدسة المقعرة الأشعة كلها ، يبين الشكل التالي كيف تكون مثل هذه العدسة صورة خيالية ، حيث يصل الشعاع 1 إلى العدسة موازياً المحور الرئيس، ويخرج من العدسة على شكل شعاع يمر امتداده في البؤرة ، أما الشعاع 2 فيصل إلى العدسة كما لو كان سيمر خلال البؤرة في الجانب المعاكس، ويبتعد عن العدسة موازياً المحور الرئيس ،وتتقاطع الامتدادات الخلفية للشعاعين 1 و 2 في الجانب نفسه من العدسة الذي يوجد فيه الجسم . ولأن الأشعة تخرج من العدسة متباعدة ، فإنها تكون صورة خيالية .
عيوب العدسات الكروية
(2) الزوغان اللوني :
عندما يتشتت الضوء الذي يمر خلال العدسة قليلاً وخصوصاً بالقرب من الأطراف يظهر الجسم من خلال العدسة محاطاً بالألوان (العدسات اللونية)
(1) الزوغان الكروي :
وهو عدم قدرة العدسة الكروية على تجميع الأشعة المتوازية جميعها في نقطة واحدة .
العدسات في العينين :
العين على هيئة وعاء كروي تقريبا مملوء بمائع يسمى مقلة العين .
تطبيقات العدسات
ينتقل الضوء المنبعث أو المنعكس عن الجسم إلى داخل العين خلال القرنية ثم يمر بعدها خلال العدسة ويتجمع على الشبكية الموجودة في مؤخرة العين .
تمتص خلايا متخصصة في الشبكية الضوء وترسل المعلومات المتعلقة بالصورة بوساطة العصب البصري إلى الدماغ .
يتجمع الضوء الداخل إلى العين بوساطة القرنية ..لأن الفرق بين معاملي انكسار الهواء ومادة القرنية كبير نسبياً .
أما العدسة فهي المسؤولة عن التجميع الدقيق الذي يسمح لك برؤية الأجسام البعيدة والقريبة بوضوح تام..
وتستطيع العضلات المحيطة بالعين من خلال عملية التكيف أن تجعل العدسة تنقبض أو تنبسط ،مما يغير من شكلها فيؤدي بدوره إلى تغيير البعد البؤري لعدسة العين ..
فعندما ترتخي العضلات تتركز صورة الجسم البعيد على الشبكية
وعندما تنقبض العضلات يقل البعد البؤري للعدسة فتتركز صورة الجسم القريب على الشبكية
العين السليمة
لا تكون عيون بعض الناس صورا واضحة على الشبكية إما تتكون الصورة أمام الشبكية أو خلفها وهذا ما يؤدي إلى عيوب النظر :
عيوب النظر
البعد البؤري للعين أكبر من البعد البؤري للعين السليمة
مما لا يمكنها من تجميع الضوء على الشبكية.
هي الآلات تمكننا من رؤية الأجسام البعيدة أو رؤية الأجسام الصغيرة بصورة أكثر وضوحاً .
ما هي الآلات البصرية؟
التسلكوب الكاسر أو الإنكسارى أو المقراب الكاسر
**يمكن اعتبار الأشعة القادمة متوازية لأنها قادمة من البعيد مثل الأجرام السماوية
**تدخل العدسة الشيئية وتتركز عند بؤرتها صورة حقيقية مقلوبة بالنسبة للجسم
** تصبح هذه الصورة جسم بالنسبة للعدسة العينية ( جسم خيالي)
** وهذا الجسم لابد أن يكون موقعه بين بؤرة العدسة العينية والعدسة العينية لكي تتكون له صورة وهمية معتدلة ومكبرة .(أي لابد أن تكون بؤرة العدسة الشيئية موقعها بين بؤرة العدسة العينية والعدسة العينية)
العدسة اللالونية مجموعة من العدسات التي تعمل عمل عدسة واحدة تعمل على إزالة الألوان المحيطة ( التخلص من الزوغان اللوني).
استخدامه :
هو تلسكوب بصري يستخدم العدسات لتقريب وتكبير الأجسام البعيدة .
مكوناته:
عدسة شيئية محدبة ، وعدسة عينية محدبة لا لونية .
آلية عمله :
ملاحظة :
استخدامه : يستخدم لتكوين صورا مكبرة للأجسام البعيدة .
المنظـــــار
آلية عمله :
* كل جانب من المنظار يشبه مقراباً صغيراً .
* يدخل الضوء العدسة الشيئية التي تقلب الصورة .
* ثم ينتقل خلال منشورين وتستخدم هنا ظاهرة الانعكاس
* الداخلي الكلي فيقلبا الصورة مرة أخرى فيراها المشاهد معتدلة .
ملاحظة :
المسافة الفاصلة بين العينين تزود المشاهد بإحساس الأبعاد الثلاثية والعمق .
مكوناته: عدسة شيئية محدبة ، وعدسة عينية محدبة ومنشورين .
هو عبارة عن مقرابين متجاورين
وظائف المنشورين :
1- قلب الصورة(المقلوبة)لتبدو معتدلة
2- إطالة مسار انتقال الضوء وتوجيهه إلى العدسة العينية للمنظار.
3- زيادة المسافة الفاصلة بين العدستين الشيئيتين ، فتتحسن الرؤية الثلاثية الأبعاد للجسم البعيد عن المنظار .
آلات التصويــــر
* في آلة التصوير العاكسة ذات العدسة المفردة عندما يدخل الضوء يمر خلال عدسة لا لونية تعمل على كسر الضوء بطريقة تشبه العدسة المحدبة وتتكون صورة مقلوبة على المرآة العاكسة.
* حيث تنعكس الصورة إلى الأعلى في اتجاه المنشور وهو بدوره يعكس الضوء ويوجهه إلى عين المشاهد .
* عند التصوير يضغط زر الغلق فترفع المرآة لفترة وجيزة وبدل أن يتجه الضوء إلى المنشور فإنه ينتقل في خط مستقيم ليكون صورة على الفيلم الحساس .
المجهر ( الميكروسكوب)
مكوناته :
تتكون من عدستين محدبتين شيئية وعينية .
آلية عمله :
*يوضع الجسم بين البؤرة للعدسة الشيئية ومركز تكورها فتتكون صورة حقيقية مقلوبة وأكبر من الجسم .
* الصورة التي تكونت تصبح جسما للعدسة العينية وتقع الصورة(الجسم الخيالي) بين العدسة العينية وبؤرتها لكي تتكون صورة وهمية معتدلة ومكبرة .
استخدامه :
يستخدم في مشاهدة الأجسام الصغيرة .