المفاهيم الرئيسية

الفيزياء
البصريات
الضوء
الظل

مقدمة

اقترب الهالوين، ويبدو أن ظلًا مخيفًا يقبع خلف كل ركن!

لحسن الحظ هذا كل ما في الأمر، فقط ظلال جزء من الزينة التي أُعِدَّت لتُشعرك بالإثارة وأنت تجمع الحلوى، ولكن من أين تأتي هذه الظلال؟ وكيف يمكن لبعضها أن يكون ضخمًا إلى هذه الدرجة؟

نفّذ هذا النشاط واكتشف كيف تُكوِّن الظل الأكبر والأكثر رعبًا على الإطلاق!

معلومات أساسية

تحتاج إلى أحد مصادر الضوء لتكوين الظل، قد يكون هذا المصدر هو الشمس، أو مصباحًا أو كشافًا، تبعث جميع مصادر الضوء موجات ضوء تنتشر مبتعدة عنها، في البصريات -وهو مجال خاص من الفيزياء- يُصوَّر هذا الضوء المنبعث كخط مستقيم يُدعى شعاع ضوء، وهو يشير إلى الاتجاه الذي ينتشر فيه الضوء.

لتكوين ظل، ستحتاج إلى جسم يمكنه حجب أشعة الضوء، ليس كل جسم يمكنه ذلك، بعض المواد سوف تسمح للضوء بالمرور بينما بعضها الآخر سيحجب بعضه فحسب، تسمّى الأجسام القادرة على حجب الضوء بأكمله معتمة، وسوف تُكوّن ظلًا، كما ستحتاج إلى سطح كبير مثل حائط أو شاشة يمكنك أن تجعل الظل مرئيًا عليها.

كيف يمكنك تغيير حجم الظل؟ كلّما كان الجسم أقرب إلى مصدر الضوء، كان الظل الذي يلقيه أكبر. السبب في ذلك أن الجسم الأقرب إلى المصدر سوف يحجب مساحة أكبر من الضوء، فيزيد من حجم ظله، جرِّب بنفسك في هذا النشاط.


المواد المستخدمة

  • شريطا قياس
  • شريط شفاف
  • أجسام معتمة تحجب الضوء، مثل كوب، أو سيارة لعبة أو كرة
  • كشَّاف
  • طاولة
  • حائط فاتح اللون
  • منطقة عمل خافتة
  • ورق
  • قلم


التحضير

  • ضع الطاولة إلى جانب الحائط فاتح اللون بالضبط.
  • الصق أول شريط قياس على الطاولة وعلامة الصفر عند الحائط بالضبط.
  • اختر جسمًا معتمًا قادرًا على حجب أشعة الضوء القادمة من مصدر الضوء، لا ينبغي أن يكون شديد الكبر أو الصغر.
  • ضع الكشاف على الطاولة محاذيًا لشريط القياس ومواجهًا للحائط، ينبغي أن يبعد عن الحائط بمسافة 50 سنتيمترًا (20 بوصة).
  • اجعل الأضواء خافتة في الغرفة بحيث تكون معتمة بالشكل الكافي لترى الظلال بوضوح على الحائط.


الطريقة

  • شغِّل الكشَّاف ووجّهه إلى الحائط، ماذا ترى على الحائط بمجرد أن تشغِّل الضوء؟ كيف يتغير مظهر الحائط عندما تشغِّل الضوء؟
  • أطفئ الكشاف ولكن لا تحركه من مكانه، خذ الجسم وضعه إلى جانب الكشاف، على مسافة 25 سنتيمترًا (10 بوصات)، ثم حرّكه نحو الحائط حتى يكون على مسافة 20 سنتيمترًا (8 بوصات) من الحائط. في اعتقادك، ما الذي ستراه بمجرد أن تشغِّل الضوء؟
  • شغِّل الضوء وانظر إلى الحائط، هل يُكَوّن الجسم الموضوع على الطاولة ظلًا؟ هل يمكنك تفسير ذلك؟
  • حرِّك الجسم مباشرةً بين الحائط والكشاف بحيث يقع فوق شريط القياس، ضعه عند علامة 20 سنتيمترًا (8 بوصات) لشريط القياس، كيف سيتغيّر الظل بمجرد أن تحرِّك الجسم؟
  • شغِّل الضوء، ما الذي تراه على الحائط هذه المرة؟ ما شكل الظل؟ إذا كان هناك ظل، خذ شريط القياس الثاني وقِس ارتفاع الظلّ من سطح الطاولة إلى قمّته، واكتب حجمه على قطعة من الورق، ما حجم الظل؟
  • بعد أن تنتهي من قياس ارتفاع الظل، حرِّك الجسم نحو الحائط بمحاذاة شريط القياس حتى يصل إلى علامة 10 سنتيمترات (4 بوصات)، ثم قِس ارتفاع الظل مجددًا وسجّل حجمه، كيف يتغير حجم الظل عندما تحركه بعيدًا عن مصدر الضوء؟ هل تلاحظ أي اختلافات أخرى إلى جانب الحجم؟
  • حرِّك الجسم نحو الكشاف وضعه عند علامة 40 سنتيمترًا (16 بوصة) لشريط القياس، مرة ثانية، قِس وسجّل ارتفاع الظل، هل يصبح الظل أصغر أم أكبر عندما تضع الجسم بالقرب من مصدر الضوء؟
  • ألقِ نظرة على قطعة الورق التي سجّلت فيها نتائجك، إذا أردت، يمكنك عمل رسم بياني يوضّح المسافة من مصدر الضوء على المحور الأفقي وحجم الظل على المحور الرأسي، كيف يعتمد حجم الظل على مسافة الجسم من مصدر الضوء؟ هل يمكنك تفسير نتائجك؟
  • نشاط إضافي: يمكنك استخدام أجسام مختلفة، اختر مواد أو أحجامًا مختلفة، أو اصنع أشكالك الخاصة. هل جميعها يُلقي ظلًا؟ لماذا؟
  • نشاط إضافي: أضف مصدر ضوء ثانيًا بوضع كشّافين في مواجهة الحائط، كيف تبدو ظلال الأجسام التي تضعها بين كلا الكشافين والحائط؟ كيف تختلف عن الظلال المتكوِّنة باستخدام مصدر ضوء واحد؟
  • نشاط إضافي: جرِّب تسليط كشافك على الجسم من زوايا مختلفة، كيف تغيّر الزاوية مظهر الظل؟

المشاهدات والنتائج

هل تمكَّنت من تغيير حجم ظل الجسم؟ قبل أن يمكنك تغيير حجم الظل احتجت أولًا أن تُكَوّنه، على الأرجح لم ترى ظلًا عندما وضعتَ الجسم إلى جانب الكشاف وليس في مسار ضوئه مباشرةً.

يرجع هذا إلى أن الضوء ينتشر في خط مستقيم، ولم يكن الجسم في المسار المباشر للضوء، لذا لم يمكنه حجب الضوء القادم من مصدره، إلا أنه بمجرد أن وضعتَ الجسم في مسار الضوء مباشرةً، رأيت ظلًا على الحائط له نفس شكل الجسم. استطاع الجسم المُعتم في هذه المرة أن يحجب الضوء القادم من مصدر الضوء، مكوِّنًا ظلًا مظلمًا على الحائط.

من المؤكد أنك لاحظتَ تضاؤل حجم الظل عندما حرَّكت الجسم بعيدًا عن مصدر الضوء، وزيادة في حجم الظل عند تحريك الجسم نحو المصدر، يرجع ذلك إلى أنك تحجب جزءًا أكبر بكثير من الضوء القادم من المصدر عندما يكون الجسم أقرب، مما يزيد من حجم الظل.

الآن تعرف كيف تجعل ظلال الهالوين المخيفة تتمدَّد وتنكمش.