الطبيعة الموجية للضوء - فيزياء1-3 - ثالث ثانوي

رابط الدرس الرقمي 4-2 الطبيعة الموجية للضوء The Wave Nature of Light الأهداف www.ien.edu.sa درست أن الضوء مكوّن من موجات ، ولكن ما الأدلة على صحة ذلك؟ افترض أنك تسير في اتجاه غرفة الصف وباب الغرفة مفتوح، فستسمع بالتأكيد صوت المعلم أو الطلاب . تصف كيف يثبت الحيود وأنت تتحرك في اتجاه باب الغرفة قبل أن تراهم من خلال الباب؛ وذلك لأن الصوت عمليا أن الضوء عبارة عن يصل إليك بانحرافه حول حافة الباب، في حين يسير الضوء الذي يجعلك ترى أيا منهم في موجات. تتوقع تأثير ألوان الضوء خطوط مستقيمة فقط. فإذا كان الضوء مكوّنًا من موجات فلماذا لا يسلك الطريقة نفسها المتراكبة والأصباغ الممزوجة. التي يسلكها الصوت؟ يسلك الضوء في الواقع سلوك الصوت نفسه إلا أن تأثيره يكون . توضح ظاهرتي الاستقطاب أقل وضوحًا مقارنة بالصوت. وتأثير دوبلر الحيود الحيود والنموذج الموجي للضوء Diffraction and the Wave Model of Light المفردات اللون الأساسي اللون الثانوي اللون المتمم الصبغة الأساسية الصبغة الثانوية الاستقطاب قانون مالوس إزاحة دوبلر لاحظ العالم الإيطالي فرانسيسكو ماري جريمالدي في عام 1665 أن حواف الظلال ليست حادة تمامًا. فقد أدخل حزمة ضيقة من الضوء إلى داخل غرفة مظلمة، وأمسك بعصا أمام الضوء حيث أسقط الظل على سطح أبيض. فكان ظل العصا المتكون على السطح الأبيض أعرض من الظل الذي ينبغي أن يكون في حالة انتقال الضوء في خط مستقيم مرورًا بحواف العصا، ولاحظ جريمالدي أيضًا أن الظل مُحاط بحزم ملونة. وعرّف جريمالدي هذه الظاهرة بالحيود وهي انحناء الضوء حول الحواجز. حاول العالم الدنماركي كريستيان هيجنز في عام 1678 برهنة النموذج الموجي؛ وذلك لتفسير ظاهرة الحيود. واعتمادًا على مبدأ هيجنز يمكن اعتبار النقاط كلها على مقدمة الموجة الضوئية، وكأنها تمثل مصادر جديدة لموجات صغيرة. وتنتشر هذه الموجات الصغيرة (المويجات) في جميع الاتجاهات بعضها خلف .بعض. وتتكون مقدمة الموجة المستوية من عدد غير محدود من المصادر النقطية في خط واحد ، وعندما تعبر مقدمة الموجة حافة ما تقطعها الحافة، حيث تنتشر كل موجة دائرية تولدت بواسطة أي نقطة من نقاط هيجنز على شكل موجة دائرية في الحيز الذي انحنت عنده مقدمة الموجة الأصلية، كما في الشكل 9-4 . وهذا هو الحيود. الشكل 9-4 اعتمادًا على مبدأ هيجنز يمكن اعتبار قمة كل موجة سلسلة من المصادر النقطية. وينشئ كل مصدر نقطي مويجة دائرية، وتتراكب المويجات لتكوين مقدمة موجة مستوية، ما عدا المناطق عند الحواف؛ حيث تتحرك المويجات الدائرية لنقاط هيجنز عندها بعيدًا عن مقدمة الموجة. 120 حاجز وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446

الألوان Colors حقت نتائج العالم جريمالدي عام 1666 حول الحيود العالم نيوتن على إجراء تجارب على الألوان، وذلك عن طريق تمرير حزمة ضيقة من ضوء الشمس خلال منشور زجاجي، كما في الشكل 10-4 ، فلاحظ تكوّن ترتيب منظم للألوان أطلق عليه نيوتن اسم الطيف. كما اعتقد نيوتن أن جسيمات الضوء تتفاعل بطريقة متفاوتة في الزجاج لتولد الطيف؛ وذلك اعتمادًا على نموذجه الجسيمي للضوء. ولاختبار هذا الافتراض سمح نيوتن للطيف النافذ من المنشور الأول بالسقوط على منشور آخر، فإذا تولّد الطيف نتيجة التفاوت في تفاعل الزجاج مع جسيمات الضوء فإن المنشور الثاني سيزيد من انتشار الألوان، وبدلاً من ذلك فقد عكس المنشور الثاني تحلل الألوان وأعاد تراكبها لتكوّن اللون الأبيض. وبعد إجراء المزيد من التجارب، استنتج نيوتن أن اللون الأبيض مركّب من ألوان عدّة، وأن هناك خاصية أخرى للزجاج غير عدم هي التي تؤدي إلى تحلّل الضوء إلى مجموعة من الألوان. انتظامه و اعتمادًا على تجارب جريمالدي وهيجنز وغيرها، فإن للضوء خصائص موجية، ولكل لون من ألوان الضوء طول موجي محدّد. وتقع منطقة الضوء المرئي ضمن نطاق من الأطوال الموجية، يتراوح بين 400nm و nm 700 تقريبًا، كما في الشكل 11-4. وأكبر هذه الأطوال الموجية هو طول موجة الضوء الأحمر ، وكلما تناقص الطول الموجي تحوّل اللون إلى البرتقالي فالأصفر فالأخضر فالأزرق فالأزرق النيلي وأخيرًا البنفسجي. البنفسجي (10-7m×4.00) الشكل 10-4 عندما يمر الضوء الأبيض خلال منشور فإنه يتحلّل إلى ألوان الطيف. الأحمر (7.00x10-7m) الشكل 11-4 يمتد الطيف الضوئي من الطول الموجي الكبير اللون الأحمر) إلى الطول الموجي القصير (اللون البنفسجي). 121 واحد عليم Ministry of Education 2024-1446

عندما يعبر الضوء الأبيض الحد الفاصل من الهواء إلى داخل الزجاج ويعود مرة أخرى إلى الهواء كما في الشكل ،410 فإن الطبيعة الموجية تؤدي إلى انحناء كل لون من ألوان الضوء، أو انكساره، بزاوية مختلفة. أخضر أصفر وهذا الانحناء غير المتساوي للألوان المختلفة يتسبب أحمر أزرق فاتح أبيض في تحلّل الضوء الأبيض على شكل طيف. وهذا يعني أن الأطوال الموجية المختلفة للضوء تتفاعل مع المادة أرجواني أزرق بطرائق مختلفة يمكن التنبؤ بها . اللون بواسطة مزج أشعة الضوء يتشكل الضوء الأبيض من الضوء الملوّن بطرائق مختلفة. فمثلاً عندما يُسلّط الضوء الأحمر والأخضر والأزرق بشدة مناسبة على شاشة بيضاء كما في الشكل 12-4، تظهر المنطقة التي تتداخل فيها هذه الألوان على الشاشة باللون الأبيض. الشكل 12-4 التراكيب المختلفة أي أن هذه الألوان (الأحمر والأخضر والأزرق) تُشكّل الضوء الأبيض عندما تتراكب، للضوء الأزرق والأخضر والأحمر يمكن وتسمى عملية جمع الألوان. وهي تستخدم في أنابيب الأشعة المهبطية في التلفاز، حيث أن تشكل الضوء الأصفر، أو الأزرق تحتوي هذه الأنابيب على مصادر نقطية متناهية في الصغر لكل من الضوء الأحمر والأخضر الفاتح، أو الأرجواني، أو الأبيض. والأزرق. وعندما يكون لكل لون من ألوان الضوء الثلاثة شدة مناسبة تظهر الشاشة باللون الأبيض. لذا فإن كلا من اللون الأحمر والأخضر والأزرق يُسمى لونًا أساسيًا أو أوليا. ويمكن مزج الألوان الأساسية على شكل أزواج لتشكيل ثلاثة ألوان إضافية كما يتضح من الشكل 12-4. فالضوء الأحمر والأخضر يشكلان معا الضوء الأصفر، في حين يشكل الضوء الأزرق والأخضر معا الضوء الأزرق الفاتح، أما الضوء الأحمر والأزرق فیشكّلان معًا الضوء الأرجواني ( الأحمر المزرق) . ويُسمى كل من اللون الأصفر والأزرق الفاتح والأرجواني لوناً ثانويا؛ لأن كلا منها مركب من لونين أساسيين. و ويتضح من الشكل 12-4 أن الضوء الأصفر يتكون من الضوء الأحمر والضوء الأخضر، وإذا سُلّط اللونان الأصفر والأزرق على شاشة بيضاء بشدة مناسبة يظهر سطح الشاشة باللون الأبيض. ويُسمى اللونان الضوئيان اللذان يتراكبان معا لإنتاج اللون الأبيض الألوان المتتامة. لذا فإن اللون الأصفر لون مُتمّم للون الأزرق، والعكس صحيح؛ لأن اللونين يتراكبان معًا لينتجا اللون الأبيض. وبالطريقة نفسها فإن الأزرق الفاتح والأحمر لونان متتامان، وكذلك الأرجواني والأخضر. لذا يمكن تبييض الملابس المصفرة باستخدام عامل أزرق اللون يضاف إلى مسحوق الغسل. اللون بواسطة اختزال أشعة الضوء يمكن للأجسام أن تعكس الضوء، وتمرّره، كما يمكنها امتصاصه. ولا يعتمد لون الجسم فقط على الأطوال الموجية للضوء الذي يضيء وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446 122

الجسم، بل يعتمد أيضًا على الأطوال الموجية التي امتصها الجسم، وعلى الأطوال الموجية التي عكسها. إن وجود المواد الملوّنة بصورة طبيعية أو إضافتها اصطناعيًا إلى المادة المكوّنة للجسم أو إضافة أصباغ إليه يكسبه لونًا خاصا. تجربة علاقة الألوان بدرجة الحرارة إن المواد الملوّنة عبارة عن جزيئات لها القدرة على امتصاص أطوال موجية معينة للضوء، وتسمح لأطوال موجية أخرى بالنفاذ من خلالها أو تعكسها. وعندما يمتص الضوء فإن طاقته يشير بعض الرسامين إلى اللونين الأحمر والبرتقالي على أنهما ألوان تنتقل إلى الجسم الذي سقط عليه، وتتحول إلى أشكال أخرى من الطاقة. فالقميص الأحمر حارة، وإلى اللونين الأزرق والأخضر لونه أحمر لأن المواد الملوّنة فيه تعكس اللون الأحمر إلى أعيننا. فعندما يسقط الضوء الأبيض على أنهما ألوان باردة. فهل ترتبط على الجسم الأحمر اللون الموضح في الشكل 13-4 فإن جزيئات المواد الملوّنة في الجسم الألوان فعليا بدرجة الحرارة؟ تمتص الضوء الأزرق والأخضر وتعكس الضوء الأحمر. أما عندما يسقط الضوء الأزرق 1. احصل على منشور زجاجي من فقط على جسم لونه أحمر فإن مقدارًا يسيرًا من الضوء ينعكس ويظهر الجسم غالبًا أسود. 800 a معلمك 2. أحضر مصباحًا كهربائيا مزودا بمفتاح تحكم في الشدة الضوئية، وأشعله وعتم الغرفة واضبط مفتاح التحكم عند أقل سطوع للمصباح. 3. زد مقدار سطوع المصباح ببطء. تحذير: يمكن أن يسخن المصباح ويؤدي إلى حروق في الجلد. 4. راقب لون الضوء الناتج عن المنشور، وكيف يرتبط اللون مع سخونة المصباح الكهربائي التي تشعر بها في يدك. التحليل والاستنتاج 5. ما الألوان التي ظهرت أولاً عندما كان الضوء خافتا؟ 6. ما الألوان التي ظهرت عند أقصى إضاءة ممكنة؟ 7. كيف ترتبط هذه الألوان مع درجة حرارة فتيلة المصباح؟ 123 واع تعليم Ministry of Education 2024-1446 b 100 800 الشكل 13-4- تمتص المواد الملونة في حجر النرد أطوالا موجية مختلفة بشكل انتقائي وتعكسها. حجر النرد مُضاء بالضوء الأبيض (a) ، والضوء الأحمر (b) والضوء الأزرق (c).

الشكل 14-4 الألوان الأساسية للأصباغ هي الأحمر المزرق (الأرجواني) والأزرق الفاتح والأصفر. وينتج عند مزج لونين من هذه الأصباغ معا الألوان الثانوية للأصباغ، وهي: الأحمر والأخضر والأزرق. 124 الفرق بين المواد الملوّنة والصبغة هو أن الصبغة تكون مصنوعة من المعادن المسحوقة وليست مستخلصةً من النباتات أو الحشرات، ويمكن رؤية جسيمات الصبغة بالمجهر. وتُسمى الصبغة التي لها القدرة على امتصاص لون أساسي واحد على أن تعكس اللونين الآخرين من الضوء الأبيض الصبغة الأساسية. فالصبغة الصفراء تمتص الضوء الأزرق وتعكس الضوء الأحمر والضوء الأخضر، وتُعد الألوان: الأصفر والأزرق الفاتح والأرجواني ألوانًا أساسية للأصباغ. وتُسمى الصبغة التي تمتص لونين أساسيين وتعكس لونًا واحدًا الصبغة الثانوية. والألوان الثانوية للأصباغ هي : الأحمر (الذي يمتص الضوء الأخضر والضوء الأزرق) ، والأخضر الذي يمتص الضوء الأحمر والضوء الأزرق)، والأزرق الذي يمتص الضوء الأحمر والضوء الأخضر). لاحظ أن الألوان الأساسية للأصباغ هي الألوان الثانوية للضوء، والألوان الثانوية للأصباغ هي الألوان الأساسية للضوء. يوضح الشكل 14-4 الألوان الأساسية والثانوية للأصباغ، وعند مزج لوني الأصباغ الأساسية الأصفر والأزرق الفاتح فإن الأصفر يمتص الضوء الأزرق، ويمتص الأزرق الفاتح الضوء الأحمر. ويوضح الشكل 14-4 تراكب الأصفر والأزرق الفاتح لتكوين الصبغة الخضراء. وعند مزج الصبغة الصفراء بالصبغة الثانوية الزرقاء التي تمتص الضوء الأخضر والأحمر فإن الألوان الأساسية كلها تمتص ، وينتج اللون الأسود. لذا فإن الصبغة الصفراء والصبغة الزرقاء صبغتان متتامتان، وكذلك صبغة الأزرق الفاتح والصبغة الحمراء أيضًا صبغتان متتامتان، والشيء نفسه بالنسبة لصبغة الأحمر المزرق والصبغة الخضراء. وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446

تستخدم الطابعة الملونة نقاطا من صبغة الأصفر والأرجواني والأزرق الداكن لعمل صورة ملونة على الورقة. وتكون الأصباغ المستخدمة على الأغلب مركبات مطحونة بصورة دقيقة، مثل أكسيد التيتانيوم (IV) (أبيض) ، وأكسيد الكــــروم (III) (أخضر)، وكبريتيد الكادميوم (أصفر). وتمزج الأصباغ لتكون المحاليل المعلقة بدلاً من المحاليل الشكل 15-4 يمكن أن يظهر تشتت الضوء ضوء الشمس ضارباً إلى اللون الأصفر أو البرتقالي بسبب البنفسجي والضوء الأزرق الربط مع الكيمياء الحقيقية، وتستمر هذه المركبات في امتصاص وعكس الأطوال الموجية نفسها؛ لأنها تحافظ على تركيبها الكيميائي في المزيج دون تغيير. استخلاص النتائج من اللون تبدو النباتات خضراء بسبب صبغة الكلوروفيل فيها. حيث يمتص أحد أنواع الكلوروفيل الضوء الأحمر، ويمتص النوع الآخر اللون الأزرق في. حين يعكس كلاهما الضوء الأخضر. وتُستخدم طاقة الضوء الأحمر وطاقة الضوء الأزرق الممتصتين بواسطة النباتات في عملية البناء الضوئي؛ وهي العملية التي تصنع خلالها النباتات الخضراء غذاءها. وتبدو السماء مزرقة؛ لأن جزيئات الهواء تُشتت انعكاسات متكرّرة) موجات الضوء البنفسجي والضوء الأزرق بمقدار أكبر من الأطوال الموجية الأخرى للضوء. أما الضوء الأخضر والضوء الأحمر فلا يتشتتان كثيرًا بواسطة الهواء، وهذا يفسر لماذا تبدو الشمس صفراء أو برتقالية، كما يتضح في الشكل 15-4 . ويتشتت الضوء البنفسجي والضوء الأزرق في الاتجاهات جميعها فيضيئان السماء بلون مائل إلى الزرقة بدرجات متفاوتة. استقطاب الضوء Polarization of Light هل سبق أن نظرت إلى الضوء المنعكس من خلال نظارات شمسية مستقطبة؟ ستلاحظ أنه عندما تُدير النظارات تبدو الطريق في البداية مظلمة، ثم مضيئة، ثم مظلمة مرة أخرى مع استمرار التدوير. أما عند تدوير النظارات في اتجاه ضوء منبعث من مصباح كهربائي فسيكون مقدار تغير الضوء ضئيلاً. فما سبب وجود هذا الفرق؟ إن ضوء المصباح العادي غير مستقطب، في حين أن الضوء القادم من الطريق قد انعكس وأصبح مستقطبًا. والاستقطاب هو إنتاج ضوء يتذبذب في مستوى واحد. الربط مع الأحياء 125 واع تعليم Ministry of Education 2024-1446

الشكل 16-4 في الحبل المستخدم نموذجًا لموجات الضوء يكون الضوء عبارة عن موجة واحدة تنتقل وتتذبذب في المستوى الرأسي فقط، لذا فإنها تمر من خلال المستقطب الرأسي (a) . ولا تستطيع المرور من خلال المستقطب الأفقي (b). اتجاه وإزاحة الحبل اتجاه انتشار الموجة b اتجاه وإزاحة الحبل اتجاه انتشار الموجة a a b الشكل 17-4 التقطت هذه الصورة الاستقطاب بالترشيح (الفلترة) يمكن فهم الاستقطاب من خلال الحبل المستخدم كنموذج لموجات الضوء الموضح في الشكل ،16-4، حيث تمثل الموجة الميكانيكية المستعرضة في الحبل الموجات الضوئية المستعرضة ، أما الشق فيمثل ما يعرف بمحور الاستقطاب لوسط الاستقطاب. فعندما تكون موجات الحبل موازية للشق تعبر من خلاله، أما عندما تكون الموجات متعامدة مع الشق فلا تعبر من خلاله، بل تُحجب. وتحتوي أوساط الاستقطاب جزيئات طويلة تتمكن من خلالها الإلكترونات من التذبذب، أو الحركة إلى الأمام وإلى الخلف، وجميعها في الاتجاه نفسه. فعندما ينتقل الضوء عابرًا الجزيئات تمتص الإلكترونات الموجات الضوئية التي تتذبذب في اتجاه تذبذب الإلكترونات نفسه. وتسمح هذه العملية للموجات الضوئية المتذبذبة في اتجاه معيّن بالعبور من خلالها، في حين تمتص الموجات المتذبذبة في الاتجاه الآخر. ويُسمى اتجاه وسط الاستقطاب المتعامد مع الجزيئات الطويلة محور الاستقطاب. والموجات التي تتمكن من العبور هي فقط تلك الموجات المتذبذبة بصورة موازية للمحور. يحتوي الضوء العادي على موجات تتذبذب في كل اتجاه عموديّ على اتجاه انتقالها. فإذا وضع وسط الاستقطاب في طريق حزمة من الضوء العادي فإن مركبات الموجات التي من خلاله هي فقط تلك المركبات التي تكون في اتجاه محور الاستقطاب نفسه. وينفذ في المتوسط من خلال وسط الاستقطاب نصف اتساع الضوء الكلي، لذا تنخفض شدة الضوء بمقدار النصف. وينتج وسط الاستقطاب ضوءًا مستقطبًا، ويُسمى مثل هذا الوسط مرشّح (فلتر) الاستقطاب. ستنفذ و الاستقطاب بالانعكاس عندما تنظر من خلال مرشّح استقطاب إلى الضوء المنعكس عن لوح زجاجي وتُدوّر المرشّح ستلاحظ أن الضوء يسطع ثم يخفت. وهذا يعني أنه حدث استقطاب جزئي للضوء في اتجاه سطح الزجاج عندما انعكس؛ أي أن الأشعة الضوئية المنعكسة تحتوي على كمية كبيرة من الضوء المتذبذب بشكل مواز لسطح الزجاج. واستقطاب الضوء المنعكس عن الطرق هو السبب في تقليل التوهج عند استخدام النظارات الشمسية المستقطبة. لمتجر دون استخدام فلتر استقطاب؛ ويظهر فيها توهج الضوء على سطح ونستدل من حقيقة تغيّر شدة الضوء المنعكس عن الطرق نتيجة تدوير النظارات الشمسية النافذة (a) . والتقطت الصورة للمشهد المستقطبة ـ على أن الضوء المنعكس مستقطب جزئياً. ويثبت مصوّرو الفوتوجراف مرشّحات نفسه باستخدام فلتر استقطاب (b). الاستقطاب على عدسات الكاميرا الحجب الضوء المنعكس، كما موضح في الشكل 17-4. 126 وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446

تحليل الاستقطاب افترض أنك حصلت على ضوء مستقطب باستخدام مرشّح استقطاب، فماذا يحدث إذا وضعت مرشّح استقطاب آخر في مسار الضوء المستقطب؟ إذا كان محور الاستقطاب لمرشح الاستقطاب الثاني موازيا لمحور الاستقطاب لمرشح الاستقطاب الأول فسينفذ الضوء من خلاله، كما في الشكل .4-18a. أما إذا كان محورا الاستقطاب لمرشّحي الاستقطاب متعامدين فلن ينفذ الضوء من خلال المرشح ، كما يتضح من الشكل 4-18b. و ويُسمّى القانون الذي يوضح مدى انخفاض شدة الضوء عندما يعبر من خلال مرشّح استقطاب ثانٍ قانون مالوس. فإذا كانت شدة الضوء بعد مروره في مرشّح الاستقطاب الأول هي فإن مرشّح الاستقطاب الثاني، الذي يصنع محور استقطابه زاوية مقدارها 0 مع محور استقطاب المرشح الأول، سينتج ضوءًا شدته I، بحيث تكون أقل من 1 أو تساويها. قانون مالوس I = I cos 2 2 а b إن شدة الضوء الخارج من مرشح الاستقطاب الثاني تساوي شدة الضوء الخارج من مرشّح الاستقطاب الأول مضروبا في مربع جيب تمام الزاوية المحصورة بين محوري الشكل 18-4 عندما يتم ترتيب استقطاب المرشحين. مرشحي استقطاب بحيث يكون محورا استقطابهما متوازيين تنفذ من تستطيع باستخدام قانون مالوس أن تقارن بين شدة الضوء الخارج من مرشّح الاستقطاب خلالهما أكبر كمية من الضوء (a). الثاني وشدة الضوء الخارج من مرشّح الاستقطاب الأول ، ومن ثَم تستطيع تحديد الزاوية ولن ينفذ الضوء من خلال مرشّحي المحصورة بين محوري استقطاب المرشحين. ويُسمى مرشّح الاستقطاب الذي يستخدم الاستقطاب إذا تم ترتيبهما بحيث يكون قانون مالوس لتحقيق ما تقدم «المحلل». وتستخدم المحلات لتحديد استقطاب الضوء محورا استقطابهما متعامدين (b). المنبعث من أي مصدر ضوئي. مسألة تحفيز تجربة عملية كيف يمكنك التقليل من الوهج ؟ ارجع إلى دليل التجارب العملية على منصة عين الإثرائية إذا وضعت مرشحًا محللًا بين مرشّحين متقاطعين (محورا استقطابها متعامدان)، بحيث لا يوازي محور استقطابه أيا من محوري استقطاب المرشحين المتقاطعين، كما هو موضح في الشكل المجاور. 1. فإنك تلاحظ أن قسمًا من الضوء يمر من خلال المرشح 2، على الرغم من أنه لم يكن هناك ضوء يمر من خلاله قبل إدخال المرشح المحلّل. فلمَ يحدث ذلك؟ 2. إذا وضع المرشح المحلّل بحيث يصنع محوره زاوية 0 بالنسبة لمحور استقطاب المرشح 1 فاشتق معادلة لحساب شدة الضوء الخارج من المرشّح 2 مقارنة بشدة الضوء الخارج من المرشح 1. 90°-0 المرشح 2 ضوء مستقطب المرشح 1 المحلل 10 محاور الاستقطاب 127 واع تعليم Ministry of Education 2024-1446

الكيمياء بالرمز (نيو) سرعة الموجات الضوئية The Speed of a Light Waves تعلمت سابقًا أنّ الطول الموجي ) لموجة هو دالة رياضية في سرعة الموجة v للوسط الذي تنتقل فيه، وفي ترددها الثابت f. ويمكن وصف الضوء بواسطة النماذج الرياضية نفسها يرمز لكمية التردد التي تستخدم في وصف الموجات عمومًا؛ لأن الضوء له خصائص موجية. ويكون الطول Frequency في كتاب الموجي لضوء ذي تردد معلوم ينتقل في الفراغ عبارة عن دالة رياضية في سرعة الضوء ، حيث يمكن كتابتها على النحو الآتي : cf = . ولقد زوّدنا تطور الليزر في ستينيات القرن الماضي بطرائق جديدة لقياس سرعة الضوء. كما يمكن قياس تردد الضوء بدقة متناهية؛ وذلك باستخدام أجهزة الليزر والزمن المعياري الذي تزودنا به الساعات الذرية. في حين يتم قياس الأطوال الموجية للضوء بدقة أقل كثيرًا. وبالرمز f في كتاب الفيزياء؛ وكلاهما صحيحان ويعبران عن نفس الكمية. لألوان الضوء المختلفة ترددات وأطوال موجية مختلفة، ولكنها تنتقل جميعها في الفراغ بسرعة تساوي سرعة الضوء . فإذا كان تردد موجة الضوء في الفراغ معروفًا أمكنك عندئذٍ حساب طولها الموجي، والعكس صحيح؛ وذلك لأن جميع الأطوال الموجية للضوء تنتقل في الفراغ بالسرعة نفسها. ويمكنك باستخدام القياسات الدقيقة لتردد الضوء وسرعته حساب قيمة دقيقة لطوله الموجي. الحركة النسبية والضوء ماذا يحدث إذا تحرك مصدر الضوء في اتجاهك أو تحركت أنت في اتجاه مصدر الضوء؟ تعلّمت سابقًا أنه إذا كان مصدر الصوت أو المستمع متحركًا فسيتغير الشكل 19-4 تختلف السرعة تردّد الصوت الذي يسمعه المستمع، وهذا صحيح أيضًا بالنسبة للضوء. فإذا أخذت بعين المتجهة للمراقب عن السرعة المتجهة لمصدر الضوء (a) . مقدار الطرح الاعتبار السرعة المتجهة لكلِّ من مصدر الصوت والمراقب فإنك بذلك تكون قد راعيت المتجهي لمركبتي السرعة المتجهة على السرعة المتجهة لكل منهما بالنسبة للوسط الذي ينتقل فيه الصوت. امتداد المحور بين مصدر الضوء ومراقب يتضمن تأثير دوبلر في الضوء السرعة المتجهة لكلِّ من المصدر والمراقب إحداهما بالنسبة الضوء يمثل السرعة النسبية على امتداد إلى الآخر فقط ؛ وذلك لأن موجات الضوء ليست اهتزازات الجسيمات الوسط الميكانيكي، المحور بين المصدر والمراقب b) v). كما هو الحال في الموجات الصوتية. ويُسمّى مقدار الفرق بين السرعتين المتجهتين لكل 128 مصدر الضوء ضوء جمر | المحورVo – المحور ,Vs| = 0 المراقب b المحور,Us مصدر الضوء Us ضوء Vo المحور,Vo المراقب a وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446

129 واحد عليم Ministry of Education 2024-1446 من المصدر والمراقب بالسرعة النسبية. والعوامل المؤثرة في تأثير دوبلر هي فقط مركبتا السرعتين المتجهتين على امتداد المحور بين المصدر والمراقب، كما في الشكل 19-4. تأثير دوبلر لدراسة تأثير دوبلر في الضوء يمكن تبسيط المسألة باعتبار أن السرعات النسبية المحورية أقل كثيرًا من سرعة الضوء (c > > ) . ويستخدم هذا التبسيط لتكوين معادلة حول تردد الضوء المراقب المراقب / ؛ التي تمثل تردد الضوء كما يراه المراقب. و تردّد الضوء المراقب + ( 1 ) f = المراقب ) + المصدر، تردّد الضوء المراقب من مصدر يساوي التردد الحقيقي للضوء المتولد من مضروبًا في حاصل جمع واحد إلى السرعة النسبية على امتداد المحور بين المصدر والمراقب مقسومة على سرعة الضوء) إذا تحرك كل منهما في اتجاه الآخر، أو حاصل طرح (السرعة النسبية مقسومة على سرعة الضوء) من الواحد إذا تحركا مبتعدين. لأن معظم المشاهدات حول تأثير دوبلر في الضوء تمت في سياق علم الفلك فإن معادلة تأثير دوبلر للضوء صيغت بدلالة الطول الموجي بدلاً من التردد. ويمكن استعمال المعادلة الآتية c/f = ) والتبسيط >> الحساب إزاحة دوبلر ۸۸، التي تمثل الفرق بين الطول الموجي المراقب للضوء والطول الموجي الحقيقي له. / ازاحة دوبلر + = A = (۸ – المراقب ) الفرق بين الطول الموجي المراقب للضوء والطول الموجي الحقيقي للضوء الذي يولّده المصدر يساوي الطول الموجي الحقيقي للضوء الذي يولّده المصدر مضروبا في السرعة النسبية للمصدر والمراقب مقسومًا على سرعة الضوء. وهذه الكمية تكون موجبة إذا تحرّكا مبتعدين أحدهما عن الآخر، و عن الآخر، وسالبة إذا تحرّكا مقتربين أحدهما من الآخر. إن التغير الموجب في الطول الموجي يعني أن الضوء مزاح نحو الأحمر، وهذا يحدث عندما تكون السرعة المتجهة النسبية للمصدر في اتجاه مبتعد عن المراقب. والتغير السالب في الطول الموجي يعني أن الضوء مزاح نحو الأزرق، وهذا يحدث عندما تكون السرعة المتجهة النسبية للمصدر في اتجاه مقترب من المراقب. وعندما يزاح الطول الموجي نحو لأحمر يكون التردّد المراقب أقل؛ نتيجة للعلاقة العكسية بين هذين المتغيرين؛ لأن سرعة الضوء تبقى ثابتة. وعندما يُزاح الطول الموجي نحو الأزرق يكون التردد المراقب أكبر.

الشكل 20-4 تبدو بوضوح ثلاثة خطوط انبعاث لعنصر الهيدروجين مزاحة نحو الأحمر في طيف الكوازار 3C273، تم تحديدها من خلال إشارات الخطوط خارج الطيفين. حيث أزيحـت أطوالها الموجية 16% تقريبًا مقارنة بالظروف المختبرية. 3C 273 طيف المقارنة الربط مع الفلك يستطيع الباحثون تحديد كيفية تحرك الأجسام الفلكية، مثل المجرات، بالنسبة للأرض، وذلك بمراقبة انزياح دوبلر للضوء. ويتم ذلك عن طريق مراقبة طيف الضوء المنبعث من النجوم في المجرة باستخدام جهاز يُسمّى المطياف، كما هو موضح في الشكل 20-4. حيث تبعث العناصر الموجودة في نجوم المجرات أطوالاً موجية محدّدة يمكن قياسها في المختبر. وللمطياف القدرة على قياس انزياح دوبلر لهذه الأطوال الموجية. ... اقترح إدوين هابل في عام 1929 أن الكون يتمدد، وتوصل هابل إلى هذه النتيجة بتحليل طيف الانبعاث القادم من عدة مجرات. ولاحظ هابل أن خطوط الطيف للعناصر المألوفة كانت ذات أطوال موجية أطول من المتوقع، حيث كانت خطوط الطيف مزاحة نحو نهاية الطيف ذي اللون الأحمر. وبغض النظر عن مساحة السماء التي راقبها، فقد كانت المجرات ترسل إلى الأرض ضوءًا مزاحًا نحو الأحمر. ترى، ما سبب انزياح خطوط الطيف نحو الأحمر؟ استنتج هابل من ذلك أن المجرات جميعها تتحرك مبتعدة عن الأرض. 130 مسائل تدريبية 11. ما تردّد خط طيف الأكسجين إذا كان طوله الموجي nm 513؟ 12. تتحرك ذرة هيدروجين في مجرة بسرعة 10m / s 6.5 مبتعدة عن الأرض، وتبعث ضوءًا بتردد 2 10 6.16. ما التردّد الذي سيلاحظه فلكي على الأرض للضوء المنبعث من ذرة الهيدروجين؟ 13. ينظر فلكي إلى طيف مجرة، فيجد أن هناك خطًا لِطَّيْف الأكسجين بالطول 525nm، في حين أن القيمة المقيسة في المختبر تساوي nm 513، حسب سرعة تحرك المجرة بالنسبة للأرض، ووضح ما إذا كانت المجرة تتحرك مقتربة من الأرض أم مبتعدة عنها، وكيف تعرف ذلك؟ الموج وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446

4-2 مراجعة 14. مزج ألوان الضوء ما لون الضوء الذي يجب أن يتحد 17. مزج الأصباغ ما الألوان الأساسية للأصباغ التي مع الضوء الأزرق للحصول على الضوء الأبيض؟ يجب أن تمزج لإنتاج اللون الأحمر؟ وضح كيف 15. تفاعل الضوء مع الصبغة ما اللون الذي يظهر به ينتج اللون الأحمر باختزال لون من ألوان الصبغة؟ الموز الأصفر عندما يُضاء بواسطة كل مما يأتي؟ 18. الاستقطاب صف تجربة بسيطة يمكنك إجراؤها a. الضوء الأبيض. b. الضوء الأخضر والضوء الأحمر معا. c. الضوء الأزرق. 16. الخصائص الموجية للضوء سرعة الضوء الأحمر في الهواء والماء أقل من سرعته في الفراغ. فإذا علمت أن التردد لا يتغير عندما يدخل الضوء الأحمر في الماء، فهل يتغير الطول الموجي؟ وإذا كان هناك تغير فكيف يكون؟ لتحديد ما إذا كانت النظارات الشمسية المتوافرة في المتجر مستقطبة أم لا. 19. التفكير الناقد توصل الفلكيون إلى أن مجرّة الأندروميدا، وهي المجرة القريبة من مجرتنا (مجرة درب التبانة)، تتحرك في اتجاه مجرتنا. وضح كيف تمكّن العلماء من تحديد ذلك. وهل يمكنك التفكير في دليل محتمل لاقتراب مجرة الأندروميدا من مجرتنا؟ 131 ولفت عليم Ministry of Education 2024-1446

مختبر الفيزياء استقطاب الضوء Polarization of Light إن مصدر الضوء الذي يولّد موجات ضوئية مستعرضة جميعها في المستوى الثابت نفسه يقال إنها مستقطبة في ذلك المستوى. ويمكن استخدام مرشّح الاستقطاب لإيجاد مصادر الضوء التي تنتج ضوءًا مستقطبًا. فبعض الأوساط تستطيع أن تُدوّر مستوى استقطاب الضوء في أثناء نفاذ الضوء من خلالها. ومثل هذه الأوساط يقال إنها فعالة بصريا. وستستقصي في هذا النشاط هذه المفاهيم للضوء المستقطب. سؤال التجربة ما أنواع الإضاءة ؟ وما مصادر الضوء التي تولّد ضوءًا مُستقطَبًا؟ الأهداف المواد والأدوات تجرب مستخدمًا مصادر ضوء ومرشّحات استقطاب مختلفة. لوحا مرشح استقطاب مصدر ضوء متوهج أو ساطع تصف نتائج تجربتك. مصدر ضوء فلورسنتي تميز الاستخدامات الممكنة لمرشّحات الاستقطاب في قطع من الورق الأبيض والأسود الحياة اليومية. آلة حاسبة مزودة بشاشة مصنوعة من البلورات السائلة احتياطات السلامة قلّل فترة النظر مباشرة إلى مصادر الضوء الساطعة. لا تجرِ هذه التجربة باستخدام مصادر أشعة الليزر. لا تنظر إلى الشمس، حتى لو كنت تستخدم مرشّحات استقطاب. تسخن مصادر الضوء وقد تؤدي إلى حرق الجلد. منقلة بلاستيكية شفافة مرآة الخطوات 1. انظر من خلال مرشّح الاستقطاب إلى مصدر الضوء الساطع، ثم دوّر المرشح، وسجّل ملاحظاتك في جدول البيانات. 2. انظر من خلال مرشح الاستقطاب إلى مصدر ضوء فلورسنتي، ثم دوّر المرشّح، وسجّل ملاحظاتك في جدول البيانات. 3. استخدم مرشّح الاستقطاب لرؤية الضوء المنعكس بزاوية °45 تقريبًا عن سطح المرآة، ثم دور المرشح، وسجّل ملاحظاتك في جدول البيانات. 4. استخدم مرشّح الاستقطاب لرؤية الضوء المنعكس بزاوية 45 تقريبًا عن قطعة ،ورق، ثم دوّر المرشح، وسجل ملاحظاتك في جدول البيانات. 5. استخدم مرشّح الاستقطاب لرؤية الضوء المنعكس بزاوية 45 تقريبًا عن قطعة ورق سوداء، ثم دوّر المرشّح، وسجّل ملاحظاتك في جدول البيانات. 132 وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446

جدول البيانات مصدر الضوء الملاحظات 1 2 3 الله 4 5 6 له 7 8 6. استخدم مرشّح الاستقطاب لرؤية الشاشة المصنوعة من الاستنتاج والتطبيق البلورات السائلة، ثم دوّر المرشح، وسجل ملاحظاتك في 1. حلّل واستنتج كيف يمكن استخدام مرشّحي استقص جدول البيانات. بحيث يمنعان عبور أي ضوء خلالهما؟ 7. ضع مرشّح استقطاب فوق مرشّح الاستقطاب الآخر، وانظر 2. حلّل واستنتج لماذا يمكن رؤية المنقلة البلاستيكية الشفافة .8 إلى المصدر الضوئي المتوهج من خلال هذين المرشّحين. ثم دوّر أحد المرشّحين بالنسبة للآخر، وأكمل دورة كاملة، وسجّل ملاحظاتك في جدول البيانات. بين مرشّحي الاستقطاب بينما لا يمكن رؤية أي شيء آخر من خلال مرشحي الاستقطاب؟ .3. استخلاص النتائج أي نوع من الحالات تُنتج عمومًا ضوءًا ضع منقلة بلاستيكية شفافة بين مرشّحي الاستقطاب، ثم مستقطبا ؟ انظر إلى المصدر الضوئي المتوهج من خلال هذه المجموعة، التوسع في البحث وأكمل دورة كاملة لأحد المرشّحين. ثم ضع المرشّحين بالطريقة 1. انظر في يوم مشمس إلى استقطاب السماء الزرقاء في المناطق نفسها التي اتبعتها في الخطوة 7 والتي لم ينتج عندها الضوء، وسجّل ملاحظاتك في جدول البيانات. التحليل القريبة من الشمس والمناطق البعيدة عنها مستخدمًا مرشّح استقطاب تحذير: لا تنظر مباشرة إلى الشمس. ما خصائص الضوء المستقطب التي تلاحظها؟ 1. فسّر البيانات هل ينتج الضوء المتوهج ضوءًا مستقطبًا؟ 2. هل الضوء المنعكس عن الغيوم مستقطب؟ أعط دليلاً كيف تعرف ذلك؟ على ذلك. 2. فسّر البيانات هل ينتج الضوء الفلورسنتي ضوءًا مستقطبًا؟ الفيزياء في الحياة كيف تعرف ذلك؟ 1. لماذا تُستعمل عدسات مستقطبة في صناعة النظارات ذات 2. لماذا تعد النظارات المستقطبة أفضل من النظارات الملوّنة 3. فسّر البيانات هل ينتج انعكاس الضوء عن سطح مرآة الجودة العالية؟ ضوءًا مستقطبًا ؟ كيف تعرف ذلك؟ .4 قارن كيف يُقارن الضوء المنعكس عن الورقة البيضاء بالضوء عند قيادة السيارة؟ المنعكس عن الورقة السوداء بدلالة الضوء المستقطب؟ ولماذا يختلفان؟ .5 فسّر البيانات هل الضوء المنبعث من شاشات البلورات السائلة مستقطب؟ كيف تعرف ذلك؟ 133 Ministry of Education 2024-1446

應采 التقنية والمجتمع تطورات الإضاءة Advances In Lighting سجل التاريخ استخدام الزيت والشموع والغاز لتوفير الإضاءة، لأنها تنتج حرارة قليلة، إضافةً إلى إنتاجها كمية كبيرة من الضوء. فكان هناك دائما خطر كامن في استخدام اللهب المكشوف مصابيح الكوارتز - الهالوجين لحماية الفتيلة من التلف يُصنع المصباح للحصول على الضوء. وجاء اختراع الإضاءة الكهربائية في القرن التاسع عشر، فزودنا بضوء أكثر سطوعًا، كما تحسنت وسائل الأمان والسلامة العامة للناس. والمصابيح المتوهجة هي الشكل التقليدي للإضاءة الكهربائية الشائعة الآن، حيث تُسخّن فتيلة التنجستن بالكهرباء حتى تتوهج باللون الأبيض. والتنجستن لا يحترق ولكنه يتبخر، مما يؤدي إلى تلف فتيلة التنجستن، لذا فلن يكون الحصول على الضوء منه فعالا جدا. وقد حدث تطوير في الإضاءة الكهربائية لإنتاج مصادر إضاءة أطول عمرًا وأقل إنتاجا للحرارة. صغيرًا جدا و مملوءا بغاز البرومين أو اليود. حيث تتحد أيونات التنجستن الموجودة في الفتيلة بجزيئات الغاز في الحيز البارد من المصباح لتكوين مركب يدور خلال المصباح ويتحد ثانية بالفتيلة. ويكون الضوء الناتج ناصع البياض وساطعًا، لكنه يولد حرارة تؤدي إلى صهر المصباح الزجاجي العادي، لذا يستخدم الكوارتز الذي له درجة انصهار عالية. مصابيح الغازات المخلخلة يصنع هذا النوع من المصابيح من أنبوب زجاجي مع أسلاك كهربائية (قطب كهربائي) مثبتة عند طرفي الأنبوب، ويستخرج الهواء تظهر الصور من أعلى اليسار وفي اتجاه حركة عقارب الساعة، جميعه من داخل الأنبوب ويوضع مكانه الثنائيات الباعثة للضوء، ومصابيح فلورسنتية، ومصباح الصمامات الثنائية الباعثة للضوء الهالوجين، ومصباح الغازات المخلخلة في صورة مصابيح النيون. كمية قليلة جدا من غاز محدد. وعند تطبيق يمكن أن تكون الصمامات الثنائية الباعثة للضوء مصادر الضوء فرق جهد بين طرفي الأنبوب، تؤين الكهرباء ذرات الغاز. ويُعدّ في المستقبل. حيث ينتج الصمام الثنائي ضوءا أبيض، وذلك الغاز المؤيّن موصلاً جيدًا للكهرباء، لذا يسري التيار الكهربائي بإضاءة شاشة فوسفورية صغيرة جدًا داخله باستخدام ضوء خلاله، ويتوهج الغاز. أزرق. وتعطي هذه الصمامات إضاءة كافية للقراءة، ولا تكاد يعتمد استخدام مصابيح الغازات المخلخلة على نوع الغاز؛ إذ تنتج حرارة. وتتميز بكفاءتها العالية حيث يمكن لبطارية سيارة يستخدم غاز النيون في لوحات الإعلانات، ويستخدم غاز الزنون تزويد هذه المصابيح بالطاقة الكهربائية لتعمل في المنزل أياما عدة في الكشافات وفي وامضات آلات التصوير، كما يستخدم غاز الصوديوم في مصابيح إنارة الشوارع. ويعطي كل غاز لونًا مختلفًا دون الحاجة إلى إعادة شحنها . المصابيح الفلورسنتية يكون التوهج الناتج عن بخار الزئبق غير إلا أن تراكيب المصابيح تكون متشابهة إلى حد كبير. مرئي؛ لأن معظم طيفه يكون في نطاق الضوء فوق البنفسجي، التوسع وهو غير مرئي. لذا يُصنع المصباح الفلورسنتي بطلاء السطح 1. لاحظ بمساعدة معلمك بعض الأجهزة التي تستخدم الأضواء، الداخلي لمصباح تخلخل الزئبق بالفوسفور، وهو عنصر كيميائي وافحص بعضها لترى أنواع التقنيات المستخدمة في المصابيح. يتوهّج عندما يصطدم به الضوء فوق البنفسجي. وتصنع المصابيح 2. ابحث في التركيب الداخلي لبعض أنواع مصابيح تفريغ الغاز الفلورسنتية بأي لون؛ وذلك بتغيير المزيج المتكوّن من الفوسفور بالإضافة إلى خصائص لون الضوء لكل منها ومجالات استخدامها الأحمر والأخضر والأزرق. وهي مصابيح اقتصادية، وتعمر طويلا؛ اليومية العادية. وزارة التعــا Ministry of Education 2024-1446 134

الفصل 4 دليل مراجعة الفصل 4-1 الاستضاءة Illumination المفردات ، نموذج الشعاع الضوئي . المصدر المضيء المصدر المستضيء (المُضَاء) الوسط غير الشفاف (المعتم) الوسط الشفاف الوسط شبه الشفاف التدفق الضوئي الاستضاءة المفاهيم الرئيسة ينتقل الضوء في خط مستقيم خلال أي وسط منتظم. يمكن تصنيف المواد على أنها شفافة، أو شبه شفافة أو غير شفافة (معتمة)، اعتمادًا على كمية الضوء التي تعكسها، أو تنفذها أو تمتصها. • التدفق الضوئي لمصدر ضوئي هو المعدل الذي ينبعث به الضوء، ويقاس بوحدة لومن lm. • الاستضاءة هي التدفق الضوئي لكل وحدة مساحة، وتقاس بوحدة لوكس lx، أو لومن لكل متر مربع .lm/m² • الاستضاءة بفعل مصدر ضوء نقطي تتناسب عكسياً مع مربع المسافة وطرديا مع التدفق الضوئي. P 47 2 E = سرعة الضوء في الفراغ ثابتة وتساوي c = 3.00 X 10 m/s. 4-2 الطبيعة الموجية للضوء The Wave Nature of Light المفردات الحيود اللون الأساسي اللون الثانوي الصبغة الأساسية • الصبغة الثانوية الألوان المتممة . الاستقطاب قانون مالوس إزاحة دوبلر المفاهيم الرئيسة للضوء المرئي أطوال موجية تتراوح بين nm 400 و nm 700. يتكوّن الضوء الأبيض من تراكب ألوان الطيف، ولكل لون طول موجي خاص به. تراكب الألوان الأساسية (الأحمر والأخضر والأزرق) يكوّن الضوء الأبيض. ويشكّل تراكب لونين أساسيين أحد الألوان الثانوية الآتية: الأصفر، الأزرق الفاتح، الأحمر المزرق. يتكوّن الضوء المستقطب من موجات تتذبذب في المستوى نفسه. د استخدام مرشّحي استقطاب لاستقطاب الضوء فإن شدة الضوء الخارج من المرشّح الأخير تعتمد على الزاوية بين محوري الاستقطاب لمرشحي الاستقطاب. I = I, Cos2 0 . يمكن تمييز موجات الضوء المنتقلة خلال الفراغ بدلالة كل من تردّدها وطولها الموجي وسرعتها. 1 == f 0 تتعرّض موجات الضوء لإزاحة دوبلر، التي تعتمد على السرعة النسبية على امتداد المحور بين المراقب ومصدر الضوء. ( 1 )f = المراقب f x + = ( - المراقب ) = A 135 وارفت عليم Ministry of Education 2024-1446

الفصل 4 التقويم خريطة المفاهيم 31. ما الألوان التي يتكوّن منها الضوء الأبيض؟ (2-4) 20 أكمل خريطة المفاهيم الآتية باستخدام المصطلحات 32. لماذا يظهر جسم ما باللون الأسود؟ (2-4) الحيود الآتية : الموجة، c، تأثير دوبلر، الاستقطاب. = c/f x= إتقان المفاهيم نماذج الضوء الشعاع مسار مستقيم 21. لا ينتقل الصوت خلال الفراغ، فكيف تعرف أن الضوء ينتقل في الفراغ؟(1-4) 22. فرّق بين المصدر المضيء والمصدر المستضيء. (1-4) 23. انظر بعناية إلى مصباح متوهج تقليدي. هل هو مصدر مضيء أم مصدر مستضيء؟ (1-4) 24. اقترح طريقة تمكنك من رؤية الأجسام العادية غير المضيئة في غرفة الصف. (1-4) 25 فرّق بين الأجسام الشفافة وشبه الشفافة وغير الشفافة (المعتمة). (1-4) 26. ما الذي يتناسب طرديا مع استضاءة سطح بمصدر ضوئي؟ وما الذي يتناسب معه عكسياً ؟ (1-4) 27. ما افتراض جاليليو بالنسبة لسرعة الضوء؟ (1-4) 28. لماذا يعد حيود الموجات الصوتية أكثر شيوعًا في الحياة اليومية من حيود الموجات الضوئية؟ (2-4) 29. مالون الضوء الذي لديه أقصر طول موجي؟ (2-4) 33. هل يمكن أن تكون الموجات الطولية مستقطبة؟ وضح إجابتك. (2-4) 34. تبعث مجرة بعيدة خطا طيفيا في منطقة اللون الأخضر من الطيف الضوئي، فهل ينزاح الطول الموجي المراقب على الأرض إلى الضوء الأحمر أو إلى الضوء الأزرق؟ وضح إجابتك. (2-4) 35. ماذا يحدث للطول الموجي للضوء عندما يزداد تردده؟ (2-4) تطبيق المفاهيم 36. يقع مصدر ضوء نقطي على بعد m 2.0 من الشاشة ، وعلى بعد 4.0m من الشاشة B ، كما يتضح من الشكل .421 قارن بين الاستضاءة على الشاشة B والاستضاءة على الشاشة A؟ الشاشة B -4 m- • مصدر ضوئي + الشكل 21-4 -2 m الشاشة A 37 مصباح الدراسة يبعد مصباح صغير مسافة cm 35 من صفحات كتاب، فإذا ضاعفت المسافة: a. فهل تبقى الاستضاءة على الكتاب هي نفسها دون تغییر؟ .. إذا لم تكن كذلك فكم تكون أكبر أو أصغر ؟ 30. ما مدى الأطوال الموجية للضوء، بدءًا من الأقصر 38. لماذا يُطلى السطح الداخلي للمناظير وآلات التصوير 136 إلى الأطول؟ (2-4) باللون الأسود؟ وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446

تقويم الفصل 4 39. لون إضاءة الشوارع تحتوي بعض مصابيح الشوارع .45. تبدو التفاحة حمراء لأنها تعكس الضوء الأحمر الفعّالة جدًّا على بخار الصوديوم تحت ضغط عال. وتنتج هذه المصابيح ضوءًا معظمه أصفر وجزء قليل منه أحمر . هل تستخدم المجتمعات التي فيها مثل هذه المصابيح سيارات شرطة ذات لون أزرق فاتح؟ ولماذا؟ ارجع إلى الشكل 22- عند حل المسألتين الآتيتين. الشكل 22-4 40 ماذا يحدث للاستضاءة على صفحات الكتاب عند تحريك المصباح بعيدًا عن الكتاب؟ 41. ماذا يحدث لشدّة إضاءة المصباح عند تحريكه بعيدًا عن الكتاب؟ 42. الصور المستقطبة يضع مصورو الفوتوجراف مرشّحات استقطاب فوق عدسات الكاميرا لكي تبدو الغيوم أكثر وضوحًا، فتبقى الغيوم بيضاء في حين تبدو السماء داكنة بصورة أكبر. وضح ذلك معتمدًا على معرفتك بالضوء المستقطب. 43. إذا كان لديك الأصباغ الآتية: الصفراء والزرقاء الفاتحة والحمراء المزرقة فكيف تستطيع عمل صبغة زرقاء اللون؟ وضح إجابتك. 44. إذا وضعت قطعة سلوفان حمراء على مصباح يدوي، ووضعت قطعة سلوفان خضراء على مصباح آخر، وسلّطت حزمًا ضوئية على حائط أبيض اللون فما الألوان التي ستراها عندما تتراكب الحزم الضوئية للمصباحين؟ وتمتص الضوء الأزرق والضوء الأخضر. a. لماذا يظهر السلوفان الأحمر أحمر اللون عند النظر إليه من خلال الضوء المنعكس؟ b. لماذا يظهر مصباح الضوء الأبيض أحمر اللون عند النظر إليه من خلال السلوفان الأحمر؟ . ماذا يحدث لكل من : الضوء الأزرق والضوء الأخضر؟ 46. في المسألة السابقة، إذا وضعت قطعتي السلوفان الحمراء والخضراء على أحد المصباحين، وسلطت حزمة ضوئية منه على حائط أبيض اللون، فما اللون الذي ستراه؟ وضح إجابتك. 47. مخالفة السير تخيل أنك شرطي مرور، وأوقفت سائقاً تجاوز الإشارة الحمراء، وافترض أيضًا أن خلال رسم السائق وضح لك من رسم الشكل 23-4 أن الضوء كان يبدو أخضر بسبب تأثير دوبلر عندما قطع الإشارة. وضّح له مستخدمًا معادلة إزاحة دوبلر، كم يجب أن تكون سرعته حتى يبدو الضوء الأحمر ( 645nm = ) على شكل ضوء أخضر 545nm = . تلميح: افترض لحل هذه المسألة أن معادلة إزاحة دوبلر يمكن تطبيقها عند هذه السرعة. يبدو أخضر السيارة 0 الشكل 23-4 ضوء أحمر 137 واع تعليم Ministry of Education 2024-1446

تقويم الفصل 4 إتقان حل المسائل 4-1 الاستضاءة 48. أوجد الاستضاءة على مسافة 4.0m أسفل مصباح تدفقه الضوئي 4051m. 49. يحتاج الضوء إلى زمن مقداره s 1.28 لينتقل من القمر إلى الأرض. فما مقدار المسافة بينهما ؟ 50. يستهلك مصباح كهربائي ثلاثي الضبط قدرة كهربائية W ،100 W ،150W 50 لإنتاج تدفق ضوئي 6651m ،1620lm 2285lm في أزرار ضبطه الثلاثة. إذا وضع المصباح على بعد cm 80 فوق ورقة وكانت أقل استضاءة لازمة لإضاءة الورقة هـ 1751x، فما أقل زر ضبط ينبغي أن يُستخدم؟ 51. سرعة الأرض وجد العالم أولي رومر أن متوسط زيادة التأخير في اختفاء القمر 10 أثناء دورانه حول المشتري من دورة إلى التي تليها يساوي s 13، فأجب عما يأتي: .a. ما المسافة التي يقطعها الضوء خلال s 13؟ b. تحتاج كل دورة للقمر 10 إلى 42.5، وتتحرك 53. افترض أنك أردت قياس سرعة الضوء، وذلك بوضع مرآة على قمة جبل بعيد، ثم قمت بضغط زر وميض آلة تصوير وقياس الزمن الذي احتاج إليه الوميض لينعكس عن المرآة ويعود إليك، كما موضّح في الشكل 24-4. وتمكّن شخص من تحديد فترة زمنية مقدارها 0.10 تقريبًا دون استخدام أجهزة. ما بعد المرآة عنك ؟ قارن بين هذه المسافة وبعض المسافات المعروفة. أنت d. الشكل 24-4 4-2 الطبيعة الموجية للضوء المرآة الأرض المسافة المحسوبة في الفرع a خلال 54. حوّل الطول الموجي للضوء الأحمر nm 700 إلى وحدة الأمتار. 42.5h. أوجد سرعة الأرض بوحدة km/s. c. تحقق أن إجابتك للفرع b منطقية، واحسب 55 حركة المجرة ما السرعة التي تتحرك بها مجرة بالنسبة للأرض ، إذا كان خط طيف الهيدروجين nm 486 52. يريد سرعة الأرض في المدار مستخدمًا نصف قطر المدار km 10 × 1.5 والفترة yr 1.0. أحد الطلاب مقارنة التدفق الضوئي لمصباح ضوئي يدوي بمصباح آخر تدفقه الضوئي 17501m ، وكان كل منهما يضيء ورقة بالتساوي. فإذا كان المصباح 17501m يقع على بعد 1.25m من الورقة، في حين كان المصباح الضوئي اليدوي يقع على بعد 1.08m ، فاحسب التدفق الضوئي للمصباح اليدوي. کا قد أزيح نحو الأحمر nm 491؟ 56. النظارات الشمسية المستقطبة في أي اتجاه يجب توجيه محور النفاذ للنظارات الشمسية المستقطبة للتخلّص من الوهج الصادر عن سطح الطريق: في الاتجاه الرأسي أم الأفقي؟ فسّر إجابتك. وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446 138

تقويم الفصل 4 57. حركة المجرة إذا كان خط طيف عنصر الهيدروجين 62. الرعد والبرق وضح لماذا تحتاج إلى 5s لسماع الرعد المعروف بطول موجي 434nm مزاحًا نحو الأ. بنسبة 6.50% في الضوء القادم من مجرة بعيدة، فما 63. الدوران الشمسي لأن الشمس تدور حول محورها سرعة ابتعاد المجرة عن الأرض؟ 58. لأي خط طيفي، ما القيمة غير الحقيقية للطول الموجي الظاهري لمجرة تتحرك مبتعدة عن الأرض؟ ولماذا؟ 59. افترض أنك كنت تتجه إلى الشرق عند شروق الشمس. وينعكس ضوء الشمس عن سطح بحيرة ، كما في الشكل ،425، فهل الضوء المنعكس مستقطب ؟ إذا كان كذلك ففي أي اتجاه؟ الشكل 25-4 مراجعة عامة عندما يبعد البرق مسافة km 1.6. فإن أحد جوانبها يتحرك في اتجاه الأرض، أما الجانب المقابل فيتحرك مبتعدا عنها. وتكمل الشمس دورة كاملة كل 25 يوما تقريبًا، ويبلغ قطرها m 100×1.4. فإذا بعث عنصر الهيدروجين في الشمس ضوءًا بتردّد Hz 6.60 من كلا الجانبين فما التغير في الطول الموجي المراقب؟ التفكير الناقد 64. إنشاء الرسوم البيانية واستخدامها يبعد مصدر ضوئي شدة إضاءته 110cd مسافة 1.0m عن شاشة. حدّد الاستضاءة على الشاشة في البداية، وأيضًا عند كل متر تزداد فيه المسافة حتى m 7.0 ، ومثل البيانات بيانيا. .a. ما شكل المنحنى البياني؟ . ما العلاقة بين الاستضاءة والمسافة الموضحة بواسطة الرسم البياني؟ 60. إضاءة مصابيح الطرق عمود إنارة يحوي مصباحين 65 حلل واستنتج إذا كنت تقود سيارتك عند الغروب متماثلين يرتفعان m 3.3 عن سطح الأرض. فإذا أراد مهندسو البلدية توفير الطاقة الكهربائية وذلك بإزالة أحد المصباحين، فكم يجب أن يكون ارتفاع المصباح المتبقي عن الأرض لإعطاء الاستضاءة نفسها على الأرض؟ 61. مصدر ضوء نقطي شدة إضاءته cd 10.0 ويبعد m 6.0 عن جدار. كــــم يبعد مصباح آخر شــدة إضاءته 60.0cd عن الجدار إذا كانت استضاءة المصباحين متساوية عنده؟ في مدينة مزدحمة ببنايات جدرانها مغطاة بالزجاج، حيث يؤدي ضوء الشمس المنعكس عن الجدران إلى انعدام الرؤيا لديك مؤقتا. فهل تحلّ النظارات المستقطبة هذه المشكلة؟ 139 وارفت عليم Ministry of Education 2024-1446

تقويم الفصل 4 الكتابة في الفيزياء 66. ابحث لماذا لم يتمكن جاليليو من قياس سرعة الضوء؟ 67. اكتب مقالا تصف فيه تاريخ المعرفة البشرية المتعلقة بسرعة الضوء، وضمنه إنجازات العلماء المهمة في هذا المجال. 68. ابحث في معلومات النظام الدولي للوحدات SI المتعلقة بوحدة الشمعة cd ، وعبّر بلغتك الخاصة عن المعيار الذي يستخدم في تحديد قيمة cd 1. مراجعة تراكمية 69. وضع مرشحان ضوئيان على مصباحين يدويين بحيث يُنفّذ أحدهما ضوءًا ،أحمر، ويُنفّذ الآخر ضوءًا أخضر. إذا تقاطعت الحزمتان الضوئيتان فلماذا يبدو لون الضوء في منطقة التقاطع أصفر، ثم يعود إلى لونه الأصلي بعد التقاطع ؟ فسّر بدلالة الموجات الفصل 4). 140 وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446

اختبار مقنن أسئلة الاختيار من متعدد اختر رمز الإجابة الصحيحة فيما يأتي: 1. شوهد نجم مستعِرُ في عام 1987 في مجرة قريبة، واعتقد العلماء أن المجرة تبعد 1.66102m. ما عدد السنوات التي مضت على حدوث انفجار النجم فعليا قبل رؤيته؟ 5.53 × 102 yr 1.74X1020 C 5.53 × 103 yr A yr D 1.75 × 105 yr B 14 6. ماذا نعني بالعبارة "إنتاج اللون باختزال أشعة الضوء"؟ A مزج الضوء الأخضر والأحمر والأزرق ينتج عنه الضوء الأبيض. B C D ينتج لون عن إثارة الفوسفور بالإلكترونات في جهاز التلفاز. يتغير لون الطلاء باختزال ألوان معينة، ومنها إنتاج الطلاء الأزرق من الأخضر بالتخلص من اللون الأصفر. يتكوّن اللون الذي يظهر به الجسم نتيجة امتصاص أطوال موجية محدّدة للضوء وانعكاس بعضها الآخر. 2. تتحرك مجرة مبتعدة بسرعة m / s 100×5.8، ويبدو تردد الضوء الصادر عنها 5.60 بالنسبة لمراقب. ما الأسئلة الممتدة تردد الضوء المنبعث منها ؟ 5.7X1014 Hz 6.2 × 1014 Hz C D 1.1 X 1013 Hz 5.5 × 1014 Hz A B 3. إذا احتاج الضوء الصادر عن الشمس إلى min 8.0 للوصول إلى الأرض فكم تبعد الشمس عنها؟ 7. يسقط ضوء غير مستقطب شدته I على مرشّح استقطاب، ويصطدم الضوء النافذ بمرشّح استقطاب ثان، كما يتضح من الشكل أدناه. ما شدة الضوء النافذ من مرشح الاستقطاب الثاني ؟ ضوء غير مستقطب 1.4×108 km 2.4×10 km C D 2.4×109 m 1.4×100 m A B 4. ما مقدار تردد ضوء طوله الموجي nm 404 في الفراغ؟ 2.48×106 Hz 7.43 × 1014 Hz 2.48X10 3 Hz C A 7.43 × 105 Hz D B إرشاد 45° مرشحا استقطاب .5 إذا كانت الاستضاءة الناتجة بفعل مصباح ضوئي قدرته 60.0W على بعد 3.0m تساوي 9.351x، فما التدفق الضوئي الكلي للمصباح؟ A 1.2×102 1 m 1.1×103 Im C 8.3×10-21m D 7.4×10-¹ Im B طرح الأسئلة عندما يكون لديك استفسار حول الاختبار، مثل طريقة توزيع الدرجات، أو الزمن المخصص لكل جزء، أو أي شيء آخر، فاسأل المعلم أو الشخص المشرف على الاختبار حول ذلك. 141 ولفات عليم Ministry of Education 2024-1446