الضوء الأبيض والضوء وحيد اللون. الاجابة عن أهم الأسئلة

الضوء الأبيض: هو نوع من الضوء المرئي، الذي يحتوي على جميع الأطوال الموجية التي تشكل الطيف المرئي. عندما يمر الضوء الأبيض عبر موشور زجاجي، فإنه يتفرق إلى مجموعة من الألوان تُعرف بألوان الطيف: (الأحمر، البرتقالي، الأصفر، الأخضر، الأزرق، النيلي، والبنفسجي). الشمس ومصابيح الإضاءة العادية هي أمثلة شائعة على مصادر الضوء الأبيض.

الضوء وحيد اللون: هو الضوء الذي يحتوي على طول موجي واحد فقط، أو بشكل أدق نطاق ضيق جدًا من الأطوال الموجية. هذا النوع من الضوء يظهر بلون واحد فقط، مثل الضوء الأحمر الناتج عن أشعة الليزر. يمكن إنتاج الضوء وحيد اللون باستخدام أجهزة مثل الليزر أو المرشحات الضوئية.

ملاحظة: توجد وثيقة التلميذ بصيغة الـ PDF في نهاية المقال

1 ـ أنشطة أولية:

1 ـ 1 ـ ظاهرة قوس قزح:

عند بزوغ الشمس بعد سقوط المطر، نلاحظ ظاهرة في الطبيعة.

ـ ماذا نسمي هذه الظاهرة ؟

تسمى ظاهرة قوس قزح.

ـ من أين تأتي ألوان قوس قزح ؟

تأتي ألوان قوس قزح من خلال سقوط أشعة الشمس على قطرات المطر العالقة في الجو ،حيث تلعب دور موشور، فتحلل ضوء الشمس الى شريط ملون بعدة الوان.

ـ أذكر الألوان المشكلة لقوس قزح، وكيف تسمى ؟

الألوان المشكلة لقوس قزح هي: الأحمر، البرتقالي، الأصفر، الأخضر، الأزرق، النيلي، البنفسجي.

ـ تسمى ألوان قوس قزح طيف الضوء الأبيض.

1 ـ 2 ـ الألوان على سطح القرص المضغوط:

عند النظر إلى وجه قرص مضغوط (CD) المعرض لضوء الشمس أو مصباح.

ـ ماذا نلاحظ ؟

نلاحظ تشكل شريط من الألوان كما في ظاهرة قوس قزح.

ـ أذكر الألوان المشكلة للشريط الملاحظ على سطح القرص؟

الألوان المشكلة للشريط الملاحظ على سطح القرص هي: الأحمر، البرتقالي، الأصفر، الأخضر، الأزرق، النيلي، البنفسجي.

نتيجـة:

إن مصدر الألوان السابقة هو دوما ضوءا مركبا، مثل الضوء الأبيض للشمس الذي نتعامل معه كثيرا كمصدر للضوء في كثير من التجارب، وأن هذه الألوان التي نراها هي نتيجة لتحليل الضوء الأبيض، وتتشابه في مظهرها من حيث وجود الألوان المعروفة لقوس قزح.

2 ـ تبدد الضوء الابيض وتركيبه:

2 ـ 1 ـ تبدد الضوء الأبيض بالموشور:

تجربة:

نسقط حزمة ضوئية متوازية من مصدر للضوء الأبيض على احد وجهي موشور، و نضبطه بحيث تخرج الحزمة من الوجه الآخر، ثم نعترضها بشاشة كما بالشكل المقابل.

ـ ماذا تلاحظ ؟

نلاحظ بروز حزمة ضوئية ملونة من الموشور.

ـ ماهي الألوان المتحصل عليها على الشاشة ؟ وكيف تسمى، ثم مثلها ؟

تتشكل على الشاشة سبعة ألوان كما في قوس قزح وهي: الأحمر، البرتقالي، الأصفر، الأخضر، الأزرق، النيلي، البنفسجي، ونسمي هذه الألوان طيف الضوء الأبيض.

ـ نضع أمام الحزمة الضوئية الواردة مرشحا لونيا أحمرا، ماذا تشاهد على الشاشة ؟ وأين تسقط الحزمة البارزة ؟

نلاحظ على الشاشة بقاء اللون الأحمر، واختفاء بقية الألوان (يمتصها المرشح)، ويكون موضع الحزمة الحمراء تماما عند موضعها في التجربة السابقة، (حالة الطيف الكامل).

نتيجة:  

ـ عندما يعترض الموشور ضوءا أبيضا، فانه يعطي ألوانا تكون " طيف الضوء الأبيض " وتسمى هذه الظاهرة " تبدد الضوء ".

ـ مصدر الوان الطيف هو الضوء الأبيض، ونقول انه ضوء مركب.

ـ  تبرز هذه الألوان من الموشور وفق ترتيب معين، والضوء الأحمر هو اللون الذي يحدث له أقل انحراف، والضوء البنفسجي يحدث أكبر انحراف.

2 ـ 2 ـ تركيب الضوء الأبيض:

يمكن إعادة تركيب الضوء الأبيض بعدة طرق أهمها:

أ ـ استخدام قرص نيوتن:

نأتي بقرص نيوتن الملون ونقوم بتدويره بسرعات متفاوتة، فنلاحظ ضوء أبيض قليل الاضاءة (يميل الى الرمادي)، وهذا يعود الى شدة الضوء المنعكس من القرص، والمشهد الملاحظ هو تركيب الألوان، حيث تتحسس العين لهذا التركيب.

ب ـ استخدام موشور وعدسة:

نحقق التركيب التجريبي التالي:

نحصل على الطيف المستقبل على الشاشة بدون عدسة، ثم نستخدم العدسة التي توضع في وضع معين، وبتحريك الشاشة، أو العدسة نحصل على الضوء المركب، أي الضوء الأبيض على الشاشة.

جـ ـ استخدام موشورين:

نحقق التركيب التجريبي التالي:

في هذه الطريقة نستخدم ظاهرة تقريب الحزمة الضوئية البارزة من الموشور الأول بواسطة العدسة، التي يتم تركيبها من جديد بواسطة الموشور الثاني، والمخطط التجريبي مبني على تناظر التركيب، وعلى مبدأ الرجوع العكسي للضوء، إذ يمكن توجيه الحزمة الضوئية بأي اتجاه نريد.

في هذه التجربة يحدث تبدد، أو تحليل الضوء الأبيض بواسطة الموشور الأول، ثم الحصول على حزمة متقاربة للضوء البارز، ثم تركيب الضوء بالموشور الثاني من جديد ، فنشاهد عمليتي التحليل والتركيب. 

نتيجة عامة:

من التجارب السابقة نستنتج انه يمكن تحليل الضوء الأبيض إلى ألوان، والعكس يمكن تركيب الألوان للحصول على الضوء الأبيض.

3 ـ الإشعاع وحيد اللون وطول الموجة:

3 ـ 1ـ تحليل ضوء الليزر:  

تجربة:

نسقط حزمة ضوئية من ضوء الليزر (الأحمر مثلا) على إحدى وجهي موشور، كما هو موضح في الشكل التالي:

ـ ماذا تلاحظ ؟

نلاحظ أن طيف ضوء الليزر الأحمر الوارد يبرز دون أن يتبدد.

نتيجة:

نسمي ضوء الليزر " ضوء أو إشعاع وحيد اللون " أو ضوءا بسيطا، وهو يختلف عن الضوء الناتج عن الترشيح، والذي يبدو بلون واحد فهو ضوء مركب من عدة ألوان متقاربة.

3 ـ 2 ـ الضوء المركب والضوء وحيد اللون:

ـ من الدراسة السابقة وجدنا أن الضوء الأبيض يعطي طيفا متصلا من الألوان، أما طيف ضوء الليزر الأحمر يتكون من إشعاع وحيد فنقول عنه ضوء وحيد اللون.

ـ إن الضوء وحيد اللون يتميز بلونه الثابت، كما يتميز بمقدار فيزيائي يسمى طول الموجة (λ) ووحدته المتر.

ـ تنقسم الإشعاعات وحيدة اللون إلى نوعين هما:

أ ـ إشعاعات مرئية ترى بالعين المجردة ولها طول موجة:

400 nm ≤ λ ≤ 800 nm

ب ـ إشعاعات غير مرئية لا ترى بالعين المجردة، كالإشعاعات تحت الحمراء وفوق البنفسجية، والأشعة السينية (X).

3 ـ 3 ـ علاقة قرينة الانكسار بلون الإشعاع:

نحقق التجربة الموضحة بالشكل التالي:

نلاحظ أن كل إشعاع وحيد اللون داخل الموشور له انحراف معين، يبدا بالأحمر وينتهي بالبنفسجي.

كما أن كل إشعاع وحيد اللون له سرعة انتشار تتعلق بقرينة إنكسار مادة الموشور، ويكون:

D_R < D_O < D_J < D_V < D_B < D_I < D_Vi

أي أن: n_R < n_O < n_J < n_V < n_B < n_I < n_Vi

نتيجة:

الانحراف داخل الموشور يعود الى قرينة الانكسار التي لها علاقة بسرعة الإشعاع في وسط معين حيث:

$$\frac{n}{n_0}=\frac{c}{\mathrm{v}}$$

حيث:

• $n$: قرينة انكسار المادة (الموشور).
• $n_0$: قرينة انكسار الخلاء أو الهواء (تساوي 1).
• $c$: سرعة الضوء في الخلاء ($3 \times 10^8 \, \text{m/s}$).
• $v$: سرعة الضوء في المادة.

4 ـ ظاهرة قوس قزح:(عمل مخبري)

الوسائل:

ـ حوجلة مملوءة بالماء، منبع ضوئي (مصباح) شديد الإضاءة، ورقة كبيرة بيضاء من الورق المقوى، مدور، أداة قطع أو مقص.

التجربة:

ـ أرسم بالمدور دائرة نصف قطرها 2,5 cm في مركز الورقة البيضاء الكبيرة.

ـ انزع القرص المشكل بحيث تحصل على ثقب دائري بمركز الورقة.

ـ ثبت الورقة بوضع شاقولي، ثم سلط الضوء على الحوجلة من خلال الثقب كما يوضحه الشكل.

ـ ابحث على وضع للشاشة (قم بتحريكها أفقيا بين المنبع والحوجلة حتى تظهر عليها حلقات دائرية ملوّنة. 

المطلوب:

ـ قارن هذه الألوان مع ألوان قوس قزح. حاول تفسير تشكل هذه الألوان اعتمادا على قوانين الانكسار والانعكاس وشروطها الحدية.

ـ لماذا شكلها دائري؟ قارنه مع شكل قوس قزح.

الألوان تتشكل بشكل دائري بسبب انكسار الضوء عند مروره عبر قطرات الماء، أو الحوجلة، مما يُحاكي ظاهرة قوس قزح في الطبيعة.

ملاحظة:

ـ يمكن استبدال الحوجلة بحبابة مصباح تالف ومفرغ من محتوياته.

ـ لمزيد من وضوح الطيف يمكن تغطية ظهر الإناء بالألمنيوم، (طلاء أو ورق) لعكس الضوء باتجاه الورقة.

5 ـ مقارنة بين الضوء الأبيض والضوء وحيد اللون:

الخاصية	الضوء الأبيض	الضوء وحيد اللون
عدد الأطوال الموجية	يحتوي على أطوال موجية متعددة.	يحتوي على طول موجي واحد فقط.
الألوان	يُظهر طيفًا متكاملاً من الألوان.	يظهر بلون واحد فقط.
التطبيقات	الضوء الطبيعي، المصابيح، الإضاءة.	الليزر، التطبيقات العلمية، الطب والجراحة.
المصدر	الشمس، المصابيح الكهربائية.	أجهزة الليزر والمرشحات الضوئية.

وثيقة التلميذ بصيغة الـ PDF