تحليل الضوء الأبيض بالمنشور
يفسّر الطالب تحلّل الضوء الأبيض إلى ألوان الطيف عند مروره في منشور، ويرتّب الألوان بحسب مقدار انحرافها.
المحاكاة التفاعلية
محاكاة تفاعلية: إنحناء مسار الضوء — من PhET
لا تُحمَّل المحاكاة إلا بطلبك. اضغط لبدء التشغيل — قد تستغرق لحظات على الاتصال البطيء.
في كتابك
- نشاط (٢): طيف ضوء الشمس — الجزء الأول، ص ٩٧
خطوات التجربة
افتح شاشة «المواشير»، ولاحظ مصدر الضوء على اليسار وصندوق المواشير أسفل الشاشة.
اختر الضوء الأبيض من أزرار نوع الضوء بجانب المصدر، ثم شغّل المصدر بزره الأحمر.
اسحب منشورًا مثلثًا من الصندوق وضعه في طريق الضوء، ولاحظ ما يخرج منه.
سجّل ترتيب الألوان الخارجة من المنشور، وحدّد اللون الأكثر انحرافًا عن اتجاه الضوء الأصلي واللون الأقل انحرافًا.
دوّر المنشور قليلًا بسحب مقبض الدوران، ولاحظ كيف يتغير اتجاه الطيف واتساعه مع تغير زاوية السقوط.
اختر ضوءًا بلون واحد (الأحمر مثلًا) بدل الأبيض، ولاحظ هل يتحلل عند مروره في المنشور.
الفكرة العلمية
الضوء الأبيض ليس لونًا واحدًا بسيطًا، بل هو مزيج مركّب من ألوان الطيف: الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والنيلي والبنفسجي. وعندما يدخل المنشور الزجاجي ينكسر، ولكل لون معامل انكسار خاص به في الزجاج، فينحرف كل لون بمقدار مختلف: الأحمر أقل الألوان انحرافًا، والبنفسجي أكثرها. لذلك تنفصل الألوان وتخرج متفرقة، ويُسمّى ذلك تحليل الضوء، ويُسمّى الناتج طيفًا. أما الضوء ذو اللون الواحد فينكسر لكنه لا يتحلل، لأنه لا يحوي ألوانًا أخرى. وعلى هذه الفكرة يقوم قوس قزح، حين تعمل قطرات المطر عمل مواشير صغيرة لضوء الشمس، ويقوم المطياف الذي يحلل به العلماء ضوء النجوم. وفي المحاكاة يُستعمل مصدر ضوء أبيض بدل ضوء الشمس الذي في نشاط الكتاب.
قوّم نفسك
جرّب المحاكاة أولًا ثم أجب. لا درجات ولا تسجيل — الإجابات لك وحدك، وتختفي بإغلاق الصفحة.
أي الألوان رأيته أكثر انحرافًا عن اتجاه الضوء الأصلي بعد خروجه من المنشور؟
- الأحمر
- الأصفر
- البنفسجي
- كلها تنحرف بالمقدار نفسه
اعرض الإجابة
ج) البنفسجي
معامل انكسار الزجاج للبنفسجي أكبر منه للأحمر، فينحرف البنفسجي أكثر. ولو انحرفت الألوان كلها بالمقدار نفسه لما انفصلت ولخرج الضوء أبيض كما دخل.
لماذا خرج الضوء الأبيض من المنشور ألوانًا متفرقة؟
- لأن الضوء الأبيض مزيج من ألوان، ولكل لون مقدار انكسار مختلف
- لأن زجاج المنشور ملوّن فيصبغ الضوء
- لأن المنشور يعكس الضوء عن سطحه
- لأن الضوء يتباطأ في الهواء بعد خروجه
اعرض الإجابة
أ) لأن الضوء الأبيض مزيج من ألوان، ولكل لون مقدار انكسار مختلف
الألوان موجودة أصلًا في الضوء الأبيض، والمنشور يفصلها فقط بانكسارها بمقادير مختلفة. ويظن بعض الطلبة أن المنشور يصنع الألوان، لكن الضوء ذا اللون الواحد لا يعطي ألوانًا جديدة عند مروره في المنشور نفسه.
أرسلت ضوءًا أحمر فقط في المنشور. ماذا تتوقع أن ترى؟
- طيفًا كاملًا من الألوان
- ضوءًا أبيض
- لا يخرج أي ضوء
- ضوءًا أحمر منكسرًا دون أن يتحلل
اعرض الإجابة
د) ضوءًا أحمر منكسرًا دون أن يتحلل
الضوء الأحمر لون واحد، فينكسر ويتغير اتجاهه لكنه يبقى أحمر، لأنه لا يحوي ألوانًا أخرى تنفصل عنه. والتحلل علامة على أن الضوء مركّب، كالأبيض.
كيف تفسّر ظهور قوس قزح في أيام الشتاء بعد ظهور الشمس، مستعينًا بما رأيته في المحاكاة؟
اعرض الإجابة
تبقى في الجو بعد المطر قطرات ماء كثيرة، تعمل كل قطرة منها عمل منشور صغير. فيدخلها ضوء الشمس الأبيض وينكسر، وينحرف كل لون بمقدار مختلف، فتنفصل الألوان ونراها مرتبة في قوس.
هل الضوء الأبيض بسيط أم مركّب؟ اذكر دليلين من المحاكاة.
اعرض الإجابة
الضوء الأبيض مركّب. الدليل الأول أنه تحلل في المنشور إلى ألوان عدة مرتبة. والدليل الثاني أن الضوء ذا اللون الواحد لم يتحلل في المنشور نفسه، فالألوان كانت موجودة في الأبيض ولم يصنعها المنشور.