الاستضاءة - فيزياء1-3 - ثالث ثانوي

وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446 الفصل أساسيات الضوء Fundamentals of Light 4 ما الذي ستتعلمه في هذا الفصل؟ . تعرف مصادر الضوء، وكيف ينير الضوء العالم من حولنا. وصف الطبيعة الموجية للضوء، وبعض الظواهر التي تتعلق به. الأهمية يُعدّ الضوء أساس حياتنا، وإنارة لكوكبنا، والمصدر الرئيس الذي يزوّدنا بالمعلومات المتعلقة بسلوك الكون. وتُستخدم مجموعة من المعلومات كاللون، والحيود، والظل باستمرار في تفسير الأحداث التي تحصل من حولنا. سباق المناطيد يمكن التمييز بين المناطيد المشاركة في السباق نهارًا من خلال ألوانها، كما يمكن تمييز المناطيد من خلال الخلفيات التي تظهر في أثناء حركتها؛ بسبب الفروق بين لون الأعشاب والسماء. w فكّره إلامَ تعود هذه الفروق في اللون؟ وكيف ترتبط هذه الألوان بعضها ببعض ؟ 110

تجربة استهلالية كيف يمكنك تحديد مسار الضوء في الهواء؟ سؤال التجربة ما المسار الذي يسلكه الضوء خلال انتقاله في الهواء؟ رابط الدرس الرقمي www.ien.edu.sa وتسقطه على البطاقة. تحذير: احذر من عكس الشعاع الضوئي في اتجاه عيون زملائك في المختبر. 6. سجل ملاحظاتك التحليل الخطوات 1. اثقب بطاقة فهرسة بالمثقب عند مركزها. 2. استخدم مشبكين في تثبيت البطاقة رأسيا، بحيث تكون حافتها الطويلة على سطح الطاولة. صف صورة الشعاع الضوئي المنعكس التي تشاهدها على بطاقة الفهرسة ، والمسار الذي سلكه الشعاع الضوئي. التفكير الناقد هل يمكنك رؤية الشعاع الضوئي في الهواء؟ لماذا؟ 3. أشعل المصباح ودع زميلك يحمله، مراعيًا مرور أشعة المصباح الضوئي من خلال الثقب الموجود في البطاقة. 4. احمل مرآة في الجانب المقابل للبطاقة، بحيث يصطدم الضوء المار من خلال الثقب بالمرآة، ثم عتم الغرفة. 5 حرّك المرآة وأمِلْها بحيث تعكس الشعاع الضوئي 4-1 الاستضاءة Illumination الضوء والصوت وسيلتان نحصل عن طريقهما على المعلومات. والضوء وسيلة توفر أكبر مجموعة متنوعة من المعلومات، حيث تستطيع العين البشرية تحسّس التغيرات البسيطة جدا في حجم الجسم وموقعه وسطوعه، إضافة إلى لونه، كما الأهداف • تطور نموذج الشعاع الضوئي. . تتوقع تأثير البعد في الاستضاءة. تميّز أعيننا في العادة بين الظلال والأجسام الصلبة، وتستطيع أحيانًا التمييز بين . تحل مسائل تتضمن سرعة الضوء. انعكاسات الأجسام والأجسام نفسها. وستتعلم في هذا الفصل من أين يأتي الضوء؟ وكيف يضيء الكون من حولنا؟ يسير الضوء في خطوط مستقيمة، فكيف تثبت ذلك ؟ عندما تدخل حزمة ضوئية ضيقة ـ مثل ضوء المصباح الكهربائي أو ضوء الشمس ـ عبر النافذة فإن دقائق الغبار المنتشرة في الهواء تجعل الضوء مرئيا ، وترى مسار الضوء على شكل خط مستقيم. وعندما يعترض جسمك ضوء الشمس ترى هيئة جسمك في صورة ظل. المفردات نموذج الشعاع الضوئي المصدر المضيء المصدر المستضيء (المضاء) الوسط غير الشفّاف (المعتم) الوسط الشفّاف الوسط شبه الشفاف وعندما تضع جسمًا أمام عينيك وتتحرك في اتجاهه فإنك تسير في مسار مستقيم. التدفق الضوئي هذه الأشياء تحدث فقط لأن الضوء ينتقل في خطوط مستقيمة. وقد طوّرت نماذج تصف سلوك الضوء؛ اعتمادًا على هذه المعلومة المتعلقة بكيفية انتقال الضوء. الاستضاءة 111 والقت عليم Ministry of Education 2024-1446

وسط شفاف شعاع منكسر شعاع منعكس عائق b شعاع a الشكل 1-4 الشعاع الضوئي عبارة نموذج الشعاع الضوئي Ray Model of Light عن خط مستقيم يمثل المسار الخطي اعتقد العالم إسحق نيوتن ـ الذي درست قوانينه في الحركة سابقا ـ أن الضوء سيل من لحزمة ضيقة من الضوء (a). ويمكن جسيمات متناهية في الصغر لا يمكن تخيلها، تتحرك بسرعة كبيرة جدا، أطلق عليها اسم أن يغير الشعاع الضوئي اتجاهه إذا جسيمات. ولم يستطع نموذج نيوتن تفسير خصائص الضوء جميعها؛ إذ بينت التجارب أن انعكس (b) أو انكسر (c). و الضوء يسلك أيضًا سلوك الموجات. وفي نموذج الشعاع الضوئي يُمثل الضوء على شكل شعاع ينتقل في خط مستقيم ويتغير اتجاهه فقط إذا اعترض مساره حاجز، كما يتضح من الشكل 1-4. لقد قدم نموذج الشعاع الضوئي بوصفه طريقة لدراسة كيفية تفاعل الضوء المادة، بغض النظر عما إذا كان الضوء جسيما أو موجة. وتسمى دراسة الضوء بهذه الطريقة البصريات أو البصريات الهندسية. مصادر الضوء تنبعث أشعة الضوء من مصادرها، وتُعد الشمس المصدر الرئيس للضوء. وهناك مصادر طبيعية أخرى للضوء، منها اللهب والشرر، وبعض أنواع الحشرات مثل مع دلالة الألوان اليراع. وتمكّن الإنسان خلال المئة سنة الماضية من إيجاد أنواع أخرى من مصادر الضوء، الأشعة الضوئية باللون الأحمر. منها المصابيح المتوهجة، والفلورسنتية، وأشعة الليزر والصمامات الثنائية الباعثة للضوء، وجميعها ناتجة عن استخدام الإنسان للكهرباء لينتج الضوء. ما الفرق بين ضوء الشمس وضوء القمر ؟ ضوء الشمس أكثر سطوعًا من الضوء الذي يصلنا من القمر، وهناك فرق آخر أساسي ومهم بينهما، وهو أن الشمس مصدر مضيء؛ أي أنها جسم يبعث ضوءًا من ذاته، أمّا القمر فيُعدّ مصدرًا مستضيئًا (مُضاءً)؛ أي أنه جسم يصبح مرئيا نتيجة انعكاس الضوء عنه، كما يتضح من الشكل 2-4. فالمصابيح المتوهجة - ومنها المصابيح الكهربائية الشائعة الاستخدام - مضيئة؛ لأن الطاقة الكهربائية تُسخّن سلك التنجستن الرفيع الموجود في المصباح، مما يؤدي إلى توهّجه. وتبعث المصابيح المتوهجة الضوء نتيجة درجة حرارتها العالية. ويعمل العاكس المثبت على الدراجة الهوائية عمل مصدر مستضيء؛ حيث صُمّم ليصبح مرئيا بشدة عندما يُضاء بوساطة أضواء السيارة الأمامية. الشكل 2-4 تعمل الشمس عمل مصدر مضيء للأرض والقمر، ويعمل القمر عمل مصدر مضاء يضيء الأرض. (الرسم التوضيحي ليس بمقياس رسم) الشمس 112 مصدر مضيء الأرض القمر مصدر مضاء وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446

a b و تكون المصادر المستضيئة مرئية بالنسبة لك؛ لأن الضوء ينعكس عن الجسم أو ينفذ من الشكل 3-4 يسمح الزجاج الشفاف خلاله ليصل إلى عينيك . ويُسمّى الوسط الذي لا يمر الضوء من خلاله ويعكس بعض للأجسام أن ترى من خلاله (a). الضوء وسطاً غير شفاف (أي معتا)، في حين يُسمّى الوسط الذي يمر الضوء من خلاله للضوء بالمرور من خلاله، على الرغم مثل الهواء والزجاج وسطاً شفافًا. أما الوسط الذي يمر الضوء من خلاله ولا يسمح ويسمح غطاء المصباح شبه الشفاف من أن المصباح ( مصدر الضوء) نفسه للأجسام أن تُرى بوضوح فيُسمّى وسطًا شبه شفّاف، فمظلة المصباح مثال على الأجسام غير مرئي (b) . والقماش البلاستيكي المصنوعة من أوساط شبه شفافة. ويبين الشكل 3-4 أنواع الأوساط الثلاثة. إن الأوساط غير الشفاف (المعتم) الذي يغطي المصباح الشفافة أو شبه الشفافة لا تمرّر الضوء فقط ، بل يمكنها أن تعكس جزءا منه أيضًا؛ فمثلاً تستطيع رؤية صورة جسمك على نافذة الزجاج أحيانًا. يحول دون رؤيته (C). كمية الضوء إن معدل انبعاث طاقة الضوء من المصدر المضيء يُسمى التدفق الضوئي P، ويُقاس التدفق الضوئي بوحدة لومن (Im)، فالمصباح الكهربائي المتوهج الذي قدرته W 100 يصدر 17501m تقريبًا. وتستطيع أن تفكر في التدفق الضوئي بوصفه مقياسًا لمعدل انبعاث الأشعة الضوئية من المصدر المضيء . تخيل أنك وضعت مصباحًا كهربائيا في مركز كرة نصف قطرها 1m ، كما في الشكل (44 سيبعث المصباح الضوء في الاتجاهات جميعها تقريبًا؛ أي أن تدفقًا ضوئياً بمقدار 17501m يصف الضوء جميعه الذي يصطدم بالسطح الشكل 4-4 التدفق الضوئي يساوي الداخلي للكرة خلال وحدة الزمن. وحتى لو كان نصف قطر الكرة 2m فإن التدفق معدل انبعاث الضوء من المصدر المضيء. الضوئي للمصباح الكهربائي على هذه الكرة سيساوي التدفق الضوئي نفسه على الكرة التي في حين تساوي الاستضاءة معدل سقوط نصف قطرها 1m؛ وذلك لأن العدد الكلي للأشعة الضوئية الصادرة عن المصباح لا يتغير. الضوء على السطح. وبمعرفة كمية الضوء المنبعثة من المصدر المضيء يمكنك تحديد مقدار الإضاءة التي يزودها التدفق الضوئي P = 1750 Im المصدر المضيء الجسم ، كالكتاب مثلا. إن إضاءة سطح، أو بمعنى آخر معدل اصطدام الضوء بوحدة المساحات للسطح يُسمّى الاستضاءة E. ويمكنك أن تفكر في هذا الأمر بوصفه مقياسًا لعدد الأشعة الضوئية التي تصطدم بسطح ما. وتُقاس الاستضاءة بوحدة اللوكس lx التي تساوي لو من لكل متر مربع، lm/m. ما مقدار استضاءة السطح الداخلي للكرة، مستعينًا بالتركيب الموضح في الشكل 4-4؟ تُحسب ـب المساحة السطحية للكرة من خلال المعادلة 47، لذا تكون المساحة السطحية لهذه الكرة 1.00m2 = 4 7 m2) 4. والتدفق الضوئي الذي يصطدم بكل متر مربع من الكرة يساوي 17501m / 4T m2 = 1391x؛ أي يسقط على بعد 1.00m من المصباح 1391m على كل متر مربع، لذا تكون استضاءة السطح الداخلي للكرة 1391x. r = 1 m الاستضاءة 1750 Ey= lx 47 113 وافد عليم Ministry of Education 2024-1446

r=2m r=1m r=3m E1 ·E₁ E₁ -4 الشكل 5-4 تتغير الاستضاءة E مع مربع البعد عنه. علاقة التربيع العكسي ماذا يحدث إذا أصبحت الكرة المحيطة بالمصباح الكهربائي أكبر ؟ إذا كان نصف قطر الكرة 2.00m سيبقى التدفق الضوئي الكلي 1750m ، في حين تصبح مساحة سطح الكرة T (2.00m) = 16.0mm 4؛ أي أكبر أربع مرات من مساحة سطح كرة نصف قطرها m 1.00، كما يتضح من الشكل 5-4. وتكون الاستضاءة داخل الكرة التي نصف قطرها 2.00m مساويةً Im 16.0 m = 34.81x 1750 ، لذا يسقط 34.81m على كل .1.00 m 2 متر مربع. إن الاستضاءة على السطح الداخلي للكرة التي نصف قطرها 2.00m تساوي ربع الاستضاءة على السطح الداخلي لكرة نصف قطرها 1.00m، وبالطريقة نفسها تجد أن الاستضاءة على السطح الداخلي لكرة نصف قطرها 3.00m الناتجة عن مصدر ضوء نقطي عكسيًا تساوي (1/3) ، أو 1/9، من الاستضاءة على السطح الداخلي لكرة نصف قطرها ويوضح الشكل 5-4 أن الاستضاءة الناتجة بفعل مصدر ضوء نقطي تتناسب طرديا مع r / 1، وتُسمى علاقة التربيع العكسي؛ أي أنه عندما تنتشر أشعة الضوء من مصدر نقطي في خطوط مستقيمة وفي الاتجاهات جميعها فإن عدد أشعة الضوء المتاحة لإضاءة وحدة المساحة تتناقص مع زيادة مربع البعد عن مصدر الضوء النقطي. شدة الإضاءة تُحدّد بعض المصادر المضيئة بوحدة الشمعة ،cd، والشمعة ليست مقياسًا للتدفق الضوئي ؛ إنما هي مقياس لشدة الإضاءة. وشدة الإضاءة لمصدر ضوء نقطي تساوي التدفق الضوئي الذي يسقط على مساحة مقدارها m2 1 مساحة السطح الداخلي لكرة نصف قطرها 1m ، ولذا فإن شدة الإضاءة تساوي التدفق الضوئي مقسومًا على 7 4 ويرمز لها بالرمز .. والمصباح الكهربائي الذي تدفقه الضوئي يساوي 17501m تكون شدة إضاءته مساوية للمقدار الآتي : Im / 4T = 139cd 1750. من في الشكل 46 بعد المصباح الكهربائي عن الشاشة يساوي ضعف بعد الشمعة عنها. ولكي يولّد المصباح الكهربائي على الجانب المقابل له من الشاشة الاستضاءة نفسها التي تولّدها الشمعة على الجانب المقابل لها من الشاشة يجب أن يكون سطوع المصباح الكهربائي أكبر أربع مرات من سطوع الشمعة. لذا ينبغي أن تعادل شدة إضاءة المصباح الكهربائي أربعة أضعاف شدة إضاءة الشمعة. الشكل 6-4 الاستضاءة متساوية على جانبي المصباح أن الشاشة، مع الكهربائي أكثر سطوعًا من الشمعة. شمعة 114 -d- شاشة -2d- مصباح كهربائي وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446

إضاءة السطوح Illumination of Surfaces تطبيق الفيزياء كيف تتمكن من زيادة الاستضاءة على سطح مكتبك؟ يمكن أن تستخدم مصباحًا العقول المستنيرة كهربائيًا أكثر سطوعًا يؤدي إلى زيادة التدفق الضوئي ، أو أن تحرك المصدر الضوئي إلى عند اتخاذ القرارات في كيفية تحقيق موقع أقرب لسطح مكتبك؛ أي أنك تقلّل المسافة بين المصدر الضوئي والسطح الذي الاستضاءة الصحيحة على سطوح مقاعد كلا من الطلاب، يتعين على المهندسين المعماريين يُضيئه. ولتبسيط المسألة يمكنك اعتبار المصدر الضوئي مصدرًا ضوئيا نقطيًّا، ولذا فإن أن يأخذوا بعين الاعتبار التدفق الضوئي الاستضاءة والمسافة سيتبعان علاقة التربيع العكسي. ويمكنك أيضًا تبسيط المسألة للضوء، وبعد المصادر الضوئية عن أكثر إذا اعتبرت أن الضوء المنبعث من المصدر يسقط عموديًا على سطح المكتب. وبعد هذا سطوح المقاعد، كما تُعد كفاءة المصادر التبسيط يمكنك التعبير عن الاستضاءة الناتجة عن مصدر ضوء نقطي بالمعادلة الآتية الضوئية عاملاً اقتصاديًا مهما. P = الاستضاءة بفعل مصدر نقطي 47r2 E إذا أُضيء جسم بواسطة مصدر ضوئي نقطي فإن الاستضاءة على الجسم تساوي التدفق الضوئي للمصدر الضوئي مقسوما على المساحة السطحية لكرة نصف قطرها يساوي بعد الجسم عن المصدر الضوئي. ينتشر التدفق الضوئي لمصدر الضوء بصورة كروية في الاتجاهات جميعها، لذا فإن جزءًا فقط من التدفق الضوئي يكون متاحًا لإضاءة سطح المكتب. ويكون استخدام هذه المعادلة صحيحًا، فقط إذا كان الضوء المنبعث من المصدر المضيء يسقط عموديا على السطح الذي يضيئه. كما أن استخدام هذه المعادلة يكون صحيحًا فقط للمصادر المضيئة التي تكون صغيرة، أو بعيدة بصورة كافية حتى يمكن اعتبارها مصادر نقطية. لذا فإن المعادلة لا تعطي قيمًا دقيقة للاستضاءة الناتجة بفعل المصابيح الكهربائية الفلورسنتية الطويلة، أو المصابيح الكهربائية المتوهجة التي تكون قريبة من السطح الذي تضيئه. الرياضيات في الفيزياء العلاقات الطردية والعكسية تخضع الاستضاءة المتولدة بواسطة مصدر ضوئي إلى علاقة طردية وعلاقة عكسية. الرياضيات الفيزياء 115 واع تعليم Ministry of Education 2024-1446 P E 4π r² 2 y = x azz إذا كانت z ثابتة فإن y تتناسب طرديا إذا كانت ا ثابتة فإن E تتناسب طرديا r .X مع . • عندما تزداد x تزداد y. • عندما تقل x تقل y. مع P. . عندما تزداد P تزداد E. عندما تقل P تقل E. إذا كانت x ثابتة فإن لا تتناسب عكسياً إذا كانت P ثابتة فإن E تتناسب عكسيًا مع z2. • كلما ازدادت z2 قلت y. .r 2 مع • كلما ازدادت r2 قلت E. • كلما قلت z2 ازدادت y. . كلما قلت r2 ازدادت E.

مثال 1 استضاءة سطح ما الاستضاءة الواقعة على سطح المكتب في الصورة المجاورة إذا أضيء بمصباح كهربائي تدفقه الضوئي Im 1750 ، علما بأنه موضوع على بعد 2.50m فوق سطح المكتب؟ 1 تحليل المسألة ورسمها • افترض أن المصباح الكهربائي مصدر نقطي. . ارسم موقع المصباح والمكتب، وعيّن P، r. 2.50 m P = 1.75 × 1031m المعلوم P = 1.75 × 1031m r = 2.50m المجهول E = ? 2 إيجاد الكمية المجهولة بما أن السطح متعامد مع اتجاه انتقال الشعاع الضوئي، لذا يمكنك أن تطبق معادلة الاستضاءة بفعل المصدر النقطي. عوّض مستخدمًا P = 1.75 × 103 lm r = 2.50m 3 تقويم الجواب E= = P 41r2 1.75 × 1031m 4T (2.50m )2 = 22.3 lm/m² = 22.3 lx • هل الوحدات صحيحة ؟ إن وحدات الاستضاءة Im /m = 1x تتفق مع الإجابة. • هل للإشارات معنى ؟ المقادير كلها موجبة، كما يجب أن تكون. • هل الجواب منطقي ؟ إن الاستضاءة أقل من التدفق الضوئي، والتي ينبغي أن تكون عند هذه المسافة. مسائل تدريبية 1. تحرّك مصباح فوق صفحات كتاب من مسافة 30cm إلى 90cm قارن بين استضاءة الكتاب قبل الحركة وبعدها. .2 ارسم المنحنى البياني للاستضاءة المتولدة بواسطة مصباح ضوئي متوهج قدرته 150W بين m 0.50 وm 5.0. 3. مصدر ضوئي نقطي شدّة إضاءته cd 64 يقع على ارتفاع 3.0m فوق سطح مكتب . ما الاستضاءة على سطح المكتب بوحدة لوكس (lx)؟ 4. يتطلب قانون المدارس الحكومية أن تكون الاستضاءة الصغرى 1601x على سطح كل مقعد. وتقتضي المواصفات التي يوصي بها المهندسون المعماريون أن تكون المصابيح الكهربائية على بعد 2.0m فوق المقاعد. ما مقدار أقل تدفق ضوئي تولده المصابيح الكهربائية؟ 5. وضعت شاشة بين مصباحين كهربائيين يُضيئانها بالتساوي، كما في الشكل 7-4. فإذا كان التدفق الضوئي للمصباح الأول 14451m عندما كان يبعد مسافة m 2.5 عن الشاشة فما بعد المصباح الثاني عن الشاشة إذا كان تدفقه الضوئي Im 2375؟ -2.5 m P =1445 Im شاشة الشكل 7-4 P = 2375 lm 116 وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446

يتعين على مصمّمي أنظمة الإنارة معرفة كيف يستخدم الضوء. فإذا كان المطلوب هو الحصول على إضاءة منتظمة لتجنب المساحات المظلمة فإن التصميم المناسب هو توزيع مصادر الإضاءة على المساحة المطلوب إنارتها بحيث تكون المسافات بينها متساوية، كما هو معمول به في إنارة غرفة الصف. ولأن بعض مصادر الإضاءة لا تولّد فعليًّا ضوءًا موزعا بالتساوي فإن المهندسين يصممون مصادر ضوئية خاصة؛ وذلك للتحكم في توزيع الإضاءة وانتشارها؛ فمثلاً يُنفّذون أنظمة إنارة موزعة بانتظام على مساحات كبيرة. وقد بذلت جهود كبيرة في هذا المجال، وخصوصًا للمصابيح الأمامية في السيارات. سرعة الضوء The Speed of Light يتطلب انتقال الضوء من المصدر إلى الجسم المراد إضاءته أن يقطع الضوء مسافة معينة. فإذا استطعت قياس هذه المسافة والزمن الذي يستغرقه الضوء لقطعها فإنه يمكنك قياس السرعة، وذلك اعتمادًا على الميكانيكا الكلاسيكية. كان معظم الناس قبل القرن السابع عشر يعتقدون أن الضوء ينتقل لحظيًّا، وكان العالم جاليليو أول من افترض أن للضوء عة محدّدة، فاقترح طريقة لقياس سرعته مستخدمًا مفهومي المسافة والزمن. وعلى الرغم من أن طريقته كانت غير دقيقة بالقدر الكافي إلا أنه استنتج أن سرعة الضوء كبيرة جدا، مما يحول دون قياسها عبر مسافة عدة كيلومترات. سر كان الفلكي الدنماركي أولي رومر أول من أكد أن الضوء ينتقل بسرعة يمكن قياسها. حيث أجرى رومر 70 قياسًا بين عامي 1668 و 1674، حول الزمن الدوري للقمر 10، أحد أقمار كوكب المشتري، والذي يساوي day 1.8. فرصد الأزمنة عندما كان القمر 10 يخرج من منطقة ظل المشتري كما في الشكل 48. وقد أجرى قياساته بوصفها جزءًا من مشروع كان يهدف إلى تحسين الخرائط، وذلك بحساب خطوط الطول لبعض المواقع على سطح الأرض. وكان هذا مثالاً مبكرًا على أهمية التقنية المتطورة في دفع عجلة التقدم العلمي. Io الظل المشتري V 10 المشتري 0 الأرض الشمس 2 الشكل 8-4 قاس رومر الفترة الزمنية بين خسوفين من اللحظة التي يبزغ فيها القمر IO من منطقة ظل المشتري. وخلال عدد من خسوفات القمر المتعاقبة وجد أن الزمن الدوري يصبح أكبر أو أصغر بصورة متزايدة اعتمادًا على حركة الأرض فيما إذا كانت مقتربة ( من الموقع 3 إلى الموقع (1) أو مبتعدة ( من الموقع 1 إلى الموقع (3) من المشتري. التوضيح ليس بمقياس رسم) 117 وارفت عليم Ministry of Education 2024-1446

King Faisal PRIZE استطاع رومر بعد إجراء بعض القياسات أن يتوقع وقت حدوث خسوف القمر Io ، وقارن توقعاته بالأزمنة المقيسة فعليًّا، وتوصل إلى أن زمن دوران القمر 10 يزداد بمعدل s 13 لكل دورة تقريبًا عندما تتحرك الأرض مبتعدة عن المشتري، ويقل بمعدل s 13 لكل دورة عندما تتحرك الأرض مقتربة من المشتري. واعتقد رومر أن أقمار كوكب المشتري منتظمة الحركة في مداراتها كقمر الأرض تمامًا ، لذا أخذ يبحث عن السبب الذي يؤدي إلى هذا الفرق في قياسات الزمن الدوري للقمر IO. قياسات سرعة الضوء استنتج العالم رومر أنه عندما تتحرك الأرض مبتعدة عن كوكب المشتري فإن الضوء القادم عند كل ظهور للقمر Io يستغرق وقتا أطول حتى يصل إلى الأرض؛ وذلك لازدياد البعد بين المشتري والأرض، وبطريقة مماثلة عندما تقترب الأرض من المشتري فإن الزمن الدوري للقمر 10 يبدو متناقصًا. وقد لاحظ رومر أنه خلال 182.5 يومًا، وهو الزمن الذي يتطلبه انتقال الأرض من الموقع 1 إلى منح البروفيسور ساجيف جون جائزة الملك الموقع 3، كما في الشكل 48، حدث 103 خسوفات 10 ، وذلك وفقًا للحساب الآتي: فيصل لعام ١٤٢١هـ / ٢٠٠١م؛ وذلك لاقتراحه طريقة جديدة لمعالجة المعلومات ونقلها من مكان إلى آخر بوسائل ضوئية. وقد نجحت 103 = (days 1.8/ خسوف واحد للقمر (10) days 185.2 مجموعات عدة من الفيزيائيين في مناطق وقد أجرى رومر حسابات متعلقة بانتقال الضوء مسافة تعادل قطر مدار الأرض، فوجد مختلفة من العالم في وضع آرائه موضوع التنفيذ. وإذا بلغت هذه المحاولات غاياتها أنه يحتاج إلى: فسيصبح من الممكن الاستغناء عن استعمال الإلكترونات في نقل الإشارات داخل أجهزة الحواسيب والاتصالات ليحل s 103 × 1.3 أو min 22 = خسوف /s 13) (103 خسوفات) محلها الضوء، وسوف يؤدي ذلك إلى صنع وباستخدام القيمة المعروفة حاليًّا لقطر مدار الأرض (10m × 2.9) فإن قيمة رومر أجهزة أسرع وأرخص وأكثر قدرة، فتتغير min 22 تعطي سرعة الضوء الآتية: بذلك صناعة الحواسيب والاتصالات تغيرا جذريًا. (2.9 × 10¹¹ m) / ((22 min) (60 s/min)) = 2.2 × 108 m/s المصدر: موقع جائزة الملك فيصل / فرع العلوم وعرفت سرعة الضوء في الوقت الحاضر بأنها تساوي m/s 10 × 3.0 تقريبًا، ولذلك يحتاج الضوء إلى min 16.5 ، وليس إلى min 22 ليقطع مسافة تعادل قطر مدار الأرض. وتكمن أهمية التجربة في أنّ رومر استطاع بنجاح إثبات انتقال الضوء بسر عة محدّدة. 6 على الرغم من أن الكثير من القياسات أجريت لتحديد سرعة الضوء، إلا أن أبرزها تلك التي أجراها الفيزيائي الأمريكي ألبرت ميكلسون بين عامي 1880 و 1920، فقد طوّر تقنيات حديثة لقياس سرعة الضوء. وفي عام 1926 قاس مايكلسون الزمن الذي يحتاج إليه الضوء لقطع مسافة km 35 ذهابًا وإيابًا بين جبلين في كاليفورنيا، حيث استخدم مجموعة من المرايا الدوّارة لقياس مثل هذه الفترات الزمنية الصغيرة، وكانت أفضل نتيجة حصل عليها لسرعة الضوء m/s 100× (0.00004 ± 2.997996). وبناءً على هذا الإنجاز، كان أول عالم أمريكي يحصل على جائزة نوبل في العلوم. وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446 118

إن قيمة سرعة الضوء في الفراغ مهمة جدا، ويرمز إليها بالرمز .. واعتمادًا على الطبيعة الموجية للضوء، والتي ستدرسها في الجزء القادم فإن اللجنة الدولية للأوزان والمقاييس قامت بقياس سرعة الضوء في الفراغ فكانت c = 2,299,792,458 m/s . وتستخدم في كثير من الحسابات القيمة c = 3.00 X 10 m/s ، إذ تكون دقيقة بصورة كافية . وبهذه السرعة ينتقل الضوء مسافة km 102 × 9.46 في السنة، حيث تسمى هذه المسافة السنة الضوئية. 4-1 مراجعة 6. الاستضاءة هل يولد مصباح كهربائي واحد استضاءة أكبر من مصباحين مماثلين يقعان على المصباح B على بعد 3.0m، فإذا كانت شدة إضاءة المصباح 75cd A ، فما شدة إضاءة المصباح B؟ ضعف بعد مسافة المصباح الأول؟ وضح إجابتك. .9. بعد المصدر الضوئي افترض أن مصباحًا كهربائيًّا و 7. المسافة التي يقطعها الضوء يمكن إيجاد بعد القمر باستخدام مجموعة من المرايا وضعها روّاد الفضاء على سطح القمر. فإذا تم إرسال نبضة ضوء إلى يضيء سطح مكتبك ويولّد فقط نصف الاستضاءة المطلوبة. فإذا كان المصباح يبعد حاليا مسافة m 1.0 فكم ينبغي أن يكون بعده ليولّد الاستضاءة المطلوبة؟ القمر وعادت إلى الأرض خلال 2.5625، فاحسب 10. التفكير الناقد استخدم الزمن الصحيح الذي يحتاج المسافة بين الأرض وسطح القمر، مستخدما القيمة المقيسة لسرعة الضوء. 8. شدة الإضاءة يضيء مصباحان شاشة بالتساوي بحيث يقع المصباح A على بعد m 5.0، ويقع إليه الضوء لقطع مسافة تعادل قطر مدار الأرض والذي يساوي min 16.5، وقطر مدار الأرض m 10×2.98، وذلك لحساب سرعة الضوء باستخدام طريقة رومر. هل تبدو هذه الطريقة دقيقة؟ لماذا ؟ 119 واكت عليم Ministry of Education 2024-1446