الفيزياء في المرحلتين الابتدائية والإعدادية · Grades 1–9
3الضوء والظلال
أطفئ المصباح في غرفة بلا نافذة: يختفي كل شيء. أشعله: تعود الغرفة. الرؤية تحتاج إلى ضوء. وحيثما كان ضوء كانت ظلال — فتوأمك المعتم الوفيّ يتبعك على كل رصيف مشمس. فلنكتشف من أين يأتي الضوء، وكيف تُصنع الظلال.
3.1 من أين يأتي الضوء
تعريف 3.1 (منابع الضوء)
منبع الضوء شيء يصنع ضوءه بنفسه: الشمس، والمصباح، ولهب الشمعة، واليراعة. أما كل ما عدا ذلك — كتاب، وكرة، وجدران، وأنت — فلا يصنع ضوءًا خاصًّا به: ولا نرى هذه الأشياء إلا حين يقع عليها ضوء من منبع.
مثال 3.2 (منابع أم لا؟)
الشمس، والمصباح اليدوي، وعود الثقاب المشتعل، وشاشة التلفاز، كلها تصنع ضوءًا: فهي منابع. أما القمر والمرآة والجدار الأبيض فقد تبدو شديدة السطوع، لكنها لا تصنع ضوءًا خاصًّا بها — إنما تردّ الضوء الذي يصلها. أطفئ المصباح، فأشدّ المرايا سطوعًا يغرق في العتمة.
مثال 3.3 (جرّب: الغرفة المعتمة)
في المساء، أغلق مصاريع غرفة أو ستائرها، وأطفئ كل مصباح، وانتظر وأنت تعدّ على مهل حتى . ماذا ترى؟ لا شيء تقريبًا في البداية — فبلا منبع لا ضوء يُرى به. ثم افتح الباب قليلًا: شريحة ضوء رفيعة واحدة تكفي لإعادة الطاولات والكراسي والألعاب.
ملاحظة 3.4 (لا تنظر إلى الشمس أبدًا)
الشمس أقوى منبع ضوء نلقاه على الإطلاق. لا تنظر إليها مباشرة أبدًا، ولا للحظة واحدة، ولا عبر منظار أو عدسة مكبّرة: ضوءها من القوة بحيث يؤذي عينيك أذًى دائمًا. إنما تُستمتع الشمس من جانبها — بالضوء الذي تلقيه على كل ما سواها.
3.2 كيف تُصنع الظلال
تعريف 3.5 (الظلّ)
الظلّ هو الرقعة المعتمة التي تظهر خلف شيء يحجب الضوء. فالضوء لا ينفذ من جسمك، ولذلك لا تنال الأرض خلفك ضوءًا من الشمس: تلك الرقعة المعتمة التي على شكلك هي ظلّك.
طريقة 3.6 (كيف تصنع ظلًّا حادًّا)
- أعتِم الغرفة — فالظلال تختبئ حين يأتي الضوء من كل مكان؛
- أشعل مصباحًا واحدًا أو مصباحًا يدويًّا؛
- ضع لعبة بين المصباح والجدار؛
- انظر إلى الجدار: هناك الظلّ، في الجهة البعيدة من اللعبة عن المصباح.
قرّب اللعبة من المصباح: يكبر الظلّ كبرًا هائلًا. وقرّبها من الجدار: يتقلّص الظلّ إلى حجم اللعبة الحقيقي.
مثال 3.7 (جرّب: حيوانات من ظلّ)
بالمصباح نفسه في الطريقة 3.6، ضع يديك في الضوء بدل اللعبة: إصبعان مرفوعتان تصنعان أذنَي أرنب، وإبهامان متقاطعان يصنعان طائرًا يطير. يُظهر الجدار الشكل الذي اقتطعته يداك من الضوء — والظلّ يحفظ دائمًا شكل حاجبه كما يُرى من المصباح.
ملاحظة 3.8 (الظلّ ليس شيئًا)
لا تستطيع أن تلتقط ظلًّا، ولا أن تطويه، ولا أن تحفظه في علبة. فالظلّ ليس مصنوعًا من شيء: إنما هو موضع غاب عنه الضوء. ولهذا يتلاشى لحظة انطفاء المصباح — إذ ليس هناك شيء يبقى.
3.3 الظلال تتبع الضوء
مثال 3.9 (في أيّ جهة الظلّ؟)
في الصباح تكون الشمس في جهة منك ويقع ظلّك في الجهة الأخرى. واجه الشمس: يختبئ ظلّك خلفك. وأدر ظهرك للشمس: يمتدّ ظلّك أمامك. الظلّ يقع دائمًا في الجهة المقابلة للمنبع تمامًا.
مثال 3.10 (جرّب: طباشير حول ظلّ)
في صباح مشمس، قف ساكنًا في الساحة بينما يرسم صديقك خطًّا بالطباشير حول ظلّك. ثم عُد بعد الغداء وقف في الموضع نفسه: لقد خرج ظلّك من خطّ الطباشير وتغيّر طوله! لقد غيّرت الشمس موضعها في السماء — فتبعها الظلّ. والفصل التالي يتبع الشمس في يومها كله.
3.4 تمارين
تمرين 3.1 ★
صنّف إلى منابع ضوء وغير منابع: لهب شمعة؛ القمر؛ يراعة؛ مرآة؛ مصباح يدوي؛ جدار أبيض.
حل
حل التمرين 3.1.
المنابع: لهب الشمعة، واليراعة، والمصباح اليدوي. وغير المنابع: القمر، والمرآة، والجدار الأبيض — فهي لا تفعل إلا أن تردّ الضوء الواقع عليها.
تمرين 3.2 ★
لماذا لا ترى شيئًا البتة في غرفة مغلقة بلا نافذة ولا مصباح؟ ما الذي ينقصها؟
تمرين 3.3 ★
سمِّ الأشياء الثلاثة اللازمة لصنع ظلّ على الجدار، ورتّبها الترتيب الصحيح على استقامة واحدة.
حل
حل التمرين 3.3.
منبع ضوء، وحاجب، وجدار (أو حاجز أو أرض) — بهذا الترتيب على استقامة واحدة: المنبع يضيء، والحاجب يحجب، والجدار يُظهر الرقعة المعتمة.
تمرين 3.4 ★
الشمس عن يسارك. في أيّ جهة ظلّك؟ ثم استدرتَ فصرت تواجه الجهة المعاكسة — أين هو الآن؟
تمرين 3.5 ★
باستعمال الطريقة 3.6، اجعل ظلّ اللعبة نفسها هائلًا أولًا ثم صغيرًا. ما الذي حرّكته، وفي أيّ اتجاه؟
تمرين 3.6 ★
أيمكن التقاط ظلّ ووضعه في جيب؟ اشرح ما الظلّ حقًّا، مستعينًا بما في الملاحظة 3.8.
تمرين 3.7 ★
لماذا يجب ألّا تنظر إلى الشمس مباشرة أبدًا، مع أن النظر إلى مصباح لا يبهرك إلا قليلًا؟
حل
حل التمرين 3.7.
الشمس منبع أقوى بكثير من أي مصباح: فضوءها من القوة بحيث يؤذي العينين أذًى دائمًا، لا أن يبهرهما لحظة فحسب.
تمرين 3.8 ★
عند الظهر تعلو الشمس؛ وفي آخر العصر تنخفض. متى يكون ظلّك أطول؟ ارسم ظلَّي شجرة، واحدًا لكل لحظة.
حل
حل التمرين 3.8.
في آخر العصر، حين تنخفض الشمس. وينبغي أن يُظهر الرسم ظلًّا قصيرًا عند أصل الشجرة عند الظهر، وظلًّا طويلًا ممتدًّا بعد الظهر، وكلاهما مبتعد عن الشمس.
تمرين 3.9 ★★
تقول ميا: “كان ظلّي أمامي، وبعد أن استدرت صار خلفي — إذن استدار الظلّ معي.” ويقول سام إن الظلّ لم يتحرّك البتة. فكّر في المثال 3.9: مَن المصيب، ولماذا بدا أن الظلّ استدار؟