تجارب فيزيائية تتعلق بالضوء
الضوء هو شكل من أشكال الموجات الكهرومغناطيسية التي يمكن للعين البشرية إدراكها. لقد تم تنفيذ العديد من التجارب الفيزيائية لدراسة خصائص الضوء، وإليك بعض هذه التجارب.
تجربة انكسار الضوء
الأدوات المطلوبة
لإجراء تجربة انكسار الضوء، ستحتاج إلى الأدوات التالية:
- مؤشر ليزر.
- مكعب من الستيروفوم.
- زجاجة بلاستيكية فارغة مع غطاء.
- مقص أو سكين.
- لتر أو أكثر من الماء.
- ملعقتان من الحليب.
- شريط لاصق ورقي.
- قلم تخطيط.
خطوات العمل
يمكن تنفيذ تجربة انكسار الضوء من خلال الخطوات التالية:
- ثبّت مؤشر الليزر فوق مكعب الستيروفوم باستخدام الشريط اللاصق.
- املأ الزجاجة الماء وأضف الحليب إليها لجعل السائل يبدو عكرًا.
- ضع الزجاجة مقابل مكعب الستيروفوم وقم بتشغيل ضوء الليزر.
- استخدم قلم التخطيط لوضع علامة على المكان الذي يخرج منه الضوء من الجانب الآخر للزجاجة.
- افرغ الزجاجة من الماء ثم اصنع ثقبًا صغيرًا باستخدام المقص أو السكين في موضع العلامة التي وضعتها، واغلق الثقب باستخدام الشريط اللاصق.
- املأ الزجاجة بالماء مرة أخرى وأضف إليها قليلاً من الحليب، وضعها في نفس المكان السابق.
- قم بإزالة الشريط اللاصق الذي يسد الثقب، مما يسمح للماء بالخروج.
- وجه ضوء الليزر نحو الثقب الذي يتسرب منه الماء، وستلاحظ انحناء الضوء مع اتجاه تدفق الماء من الفتحة.
التفسير العلمي
التفسير العلمي لانحناء الضوء بالتزامن مع تدفق الماء هو خاصية انكسار الضوء، حيث ينكسر الضوء عند انتقاله من وسط إلى آخر. عند انتقاله من الماء إلى الهواء، تتباطأ موجاته، مما يؤدي إلى انحنائها نحو الخط العمودي الوهمي الذي يعرف بالخط العادي.
تجربة انعكاس الضوء
الأدوات المطلوبة
لإجراء تجربة انعكاس الضوء، ستحتاج إلى:
- مرآة غير مؤطرة.
- ورقة.
- قلم رصاص.
- مسطرة.
- دبوس.
- مؤشر ليزر.
- غرفة مظلمة.
خطوات العمل
تتضمن خطوات تجربة انعكاس الضوء ما يلي:
- اطوِ الورقة من منتصفها وارسم خطًا باستخدام المسطرة وقلم الرصاص على طول الطي.
- ذوّب المرآة بشكل عمودي فوق الخط المرسوم، مع الحرص على عدم تحريكها خلال التجربة.
- ارسم إشارة صليب كبيرة على الورقة من الجهة المقابلة للمرآة، وضع دبوسًا في نقطة التقاطع.
- اطفئ الأنوار في الغرفة وشغل مؤشر الليزر ووجهه نحو المرآة، حيث سيصطدم الضوء بالمرآة وينعكس.
- حرّك ضوء الليزر بحيث يتجه نحو نقطة تقاطع صليب، وارسم مسار الضوء الساقط والمنعكس باستخدام القلم والمسطرة.
- حرك ضوء الليزر في عدة مواقع على الورقة ورسم مسار سقوط الضوء وانعكاسه عن المرآة.
التفسير العلمي
من خلال التجربة السابقة، يظهر أن الزاوية التي يسقط بها الضوء على المرآة تساوي الزاوية التي ينعكس بها، وهذا يُعرف بخاصية الانعكاس المنتظم. كما أن أشعة الضوء المنعكسة تتحرك في الاتجاهات المختلفة.
تجارب فيزيائية تتعلق بالصوت
الصوت هو اضطرابات ميكانيكية تنتشر عبر وسائط مادية. لدراسة خصائص الصوت، يتم تنفيذ العديد من التجارب الفيزيائية، إليك بعض هذه التجارب.
تجربة سماع الصوت في الماء
الأدوات المطلوبة
لإجراء تجربة سماع الصوت في الماء، يجب توفر الأدوات التالية:
- كوبين ورقيين.
- خيط طويل.
- إبرة حادة.
- مقص.
خطوات العمل
يمكن إجراء تجربة سماع الصوت في الماء باتباع الخطوات التالية:
- قم بتحضير خيط بطول لا يقل عن 15 مترًا.
- اصنع ثقبًا صغيرًا في قاع الأكواب الورقية.
- ادفع طرفي الخيط من خلال كل ثقب في قاع الكوبين، مع عقدة كبيرة لمنع خروج الخيط.
- وزع الأكواب على شخصين، بحيث يبتعد كل شخص عن الآخر عبر طول الخيط.
- ليتحدث أحد الأشخاص عبر الكوب، بينما يضع الشخص الآخر الكوب لديه على أذنه، وسيسمع صوت المتحدث من خلال الكوب.
التفسير العلمي
التفسير العلمي لانتقال الصوت عبر الكوبين هو خاصية موجات الصوت التي تنتقل عبر الأجواء وكذلك عبر الأوساط الصلبة، كما هو الحال في الخيط، حيث تنتقل الموجات الصوتية من فم المتحدث إلى قاع الكوب، مما يُحدث اهتزازات صوتية تنتقل عبر الخيط، ويعمل الكوب الآخر كمكبر للصوت.
تجربة رؤية موجات الصوت
الأدوات المطلوبة
لإجراء تجربة رؤية موجات الصوت، ستحتاج إلى الأدوات التالية:
- وعاء شفاف فارغ.
- غلاف بلاستيكي.
- شريط مطاطي كبير.
- بلورات سكر.
خطوات العمل
يمكن تنفيذ تجربة رؤية موجات الصوت من خلال الخطوات التالية:
- لف فوهة الوعاء الشفاف بقطعة من الغلاف البلاستيكي بإحكام وثبتها جيدًا باستخدام الشريط المطاطي.
- ضع بلورات السكر في منتصف الغلاف البلاستيكي.
- اصنع صوتًا مرتفعًا مباشرةً على بلورات السكر، ولاحظ الحركة التي تحدث عليها.
التفسير العلمي
التفسير العلمي لامتلاك بلورات السكر الحركة هو تأثرها بالاهتزازات الصوتية التي تنتقل من الهواء إلى المواد الصلبة المتمثلة في الغلاف البلاستيكي.
تجارب فيزيائية تتعلق بالحركة
تشير الحركة إلى تغير في موقع أو اتجاه جسم معين مع الوقت. لدراسة خصائص حركة الأجسام، أُجريت العديد من التجارب الفيزيائية، وإليك بعض هذه التجارب.
تجربة سحب الورقة تحت كأس مليء بالماء
الأدوات المطلوبة
لإجراء تجربة سحب الورقة تحت الكأس، تحتاج إلى الأدوات التالية:
- ورقة.
- كوب بلاستيكي مملوء بالماء.
خطوات العمل
تتضمن خطوات تجربة سحب الورقة تحت الكأس ما يلي:
- اطوِ الورقة على حافة الطاولة.
- ضع الكوب البلاستيكي على الجزء الملتوي من الورقة، وبعيدا لا يقل عن 2.5 سم عن الحافة.
- اسحب الورقة بسرعة من تحت الكوب البلاستيكي، وسيلاحظ عدم تساقط الماء من الكوب.
التفسير العلمي
التفسير العلمي لعدم انسكاب الماء من الكوب البلاستيكي في التجربة يعود إلى خصيصة القصور الذاتي، مما يعني أن الجسم الساكن يميل للحفاظ على حالته الساكنة.
تجربة أعواد الأسنان المتحركة
الأدوات المطلوبة
تتطلب تجربة أعواد الأسنان المتحركة الأدوات التالية:
- وعاء عميق فارغ.
- 4 أعواد أسنان.
- ماء.
- صابون سائل.
خطوات العمل
تتضمن خطوات تجربة أعواد الأسنان المتحركة ما يلي:
- املأ الوعاء بالماء الدافئ.
- قم بترتيب أعواد الأسنان الأربعة على شكل مربع في الماء.
- استخدم إصبعك لتمرير القليل من الصابون السائل على وسط مربع أعواد الأسنان، ولاحظ بدء حركة الأعواد عبر الوعاء.
التفسير العلمي
التفسير العلمي لتجربة أعواد الأسنان المتحركة هو أن الصابون السائل يكسر التوتر السطحي للماء، مما يؤدي إلى تحرك جزيئات الماء السطحية بعيدًا عن الصابون نحو أطراف الوعاء، وبالتالي تدفع أعواد الأسنان الطافية.
تجارب فيزيائية تتعلق بالكهرباء
الكهرباء هي شحنات كهربائية قد تكون ثابتة أو متحركة، وتمتلك خصائص متنوعة يمكن اكتشافها من خلال التجارب الفيزيائية. فيما يلي بعض من تلك التجارب:
تجربة فصل الملح عن الفلفل الأسود
الأدوات المطلوبة
للقيام بتجربة فصل الملح عن الفلفل الأسود، تحتاج إلى الأدوات التالية:
- ملح.
- فلفل أسود.
- ملعقة بلاستيكية.
- ورقة سوداء.
- قطعة قماش.
خطوات العمل
تتضمن خطوات تجربة فصل الملح عن الفلفل الأسود ما يلي:
- انتشر حفنة من الملح فوق الورقة السوداء.
- أضف حفنة من الفلفل الأسود إلى الملح واخلط المزيج جيدًا.
- افرك الملعقة البلاستيكية بقطعة القماش لمدة لا تقل عن 10 ثواني.
- اقترب بالملعقة من خليط الفلفل والملح، ستشاهد الفلفل الأسود يقفز إلى سطح الملعقة.
التفسير العلمي
تتحرك جزيئات الفلفل الأسود نحو الملعقة البلاستيكية بسبب توليد الكهرباء الساكنة على سطح الملعقة عند فركها، مما يجعل الفلفل ينجدب أسرع نحو الكهرباء الساكنة من الملح بسبب وزنه الخفيف.
تجربة صنع ساعة من البطاطا
الأدوات المطلوبة
لإجراء تجربة صنع ساعة من البطاطا، يجب توفير الأدوات التالية:
- حبتان من البطاطا.
- قطعتان صغيرتان من الأسلاك النحاسية السميكة.
- 2 مسمار مغلفن.
- 3 مشابك تمساح.
- ساعة بسيطة بدون بطاريات.
- قلم تخطيط.
خطوات العمل
اتبع الخطوات التالية لتنفيذ تجربة صنع ساعة من البطاطا كما يلي:
- رقم حبتي البطاطا باستخدام قلم التخطيط.
- ادخل مسمارًا في كل حبّة من البطاطا.
- ادخل قطعة من الأسلاك النحاسية في كل حبّة، بحيث تكون بعيدة عن المسمار.
- استخدم مشبك تمساح لوصل المسمار في البطاطا رقم 1 مع القطب الموجب للبطارية في الساعة.
- استخدم مشبك تمساح آخر لوصل المسار في البطاطا رقم 2 مع القطب السالب للبطارية.
- اربط أسلاك البطاطا رقم واحد مع السلك النحاسي في البطاطا رقم 2 بواسطة مشبك تمساح ثالث، وبهذا ستعمل الساعة.
التفسير العلمي
التفسير العلمي لتشغيل الساعة من خلال البطاطا هو أن البطاطا تعمل كخلايا كهروكيميائية، حيث يتفاعل الزنك في المسامير مع النحاس في الأسلاك، مما يؤدي إلى تحويل الطاقة الكيميائية إلى كهربائية من خلال الإلكترونات التي تنتقل عبر الأسلاك، مكونة دائرة كهربائية. وتعمل البطاطا كعازل بين أيونات الزنك والنحاس، مما يمنع احتكاكهما وتفاعلهما، إذ سيتسبب ذلك في توليد طاقة حرارية فقط.
تجارب فيزيائية تتعلق بالمغناطيس
المغناطيس يُعرف بأنه خاصية تتمتع بها المواد القادرة على جذب الحديد وخلق مجال مغناطيسي حولها. تتنوع خصائص المغناطيس من خلال عدة تجارب فيزيائية، إليك بعض منها.
تجربة تحريك السيارة باستخدام المغناطيس
الأدوات المطلوبة
لتجربة تحريك سيارة صغيرة بالمغناطيس، تحتاج إلى:
- لعبة على شكل سيارة.
- قطعتان من المغناطيس.
- شريط لاصق ورقي.
خطوات العمل
إليك خطوات تجربة تحريك السيارة بالمغناطيس:
- اثبت قطعة من المغناطيس فوق السيارة باستخدام الشريط اللاصق.
- وجه قطعة المغناطيس الأخرى نحو المغناطيس المثبت على السيارة، مما سيؤدي إلى تحرك السيارة.
التفسير العلمي
ستتحرك السيارة بفضل القوة الناتجة عن التنافر بين الأقطاب المغناطيسية المختلفة، حيث تتنافر الأقطاب المتشابهة.
تجربة صنع مغناطيس كهربائي
الأدوات المطلوبة
لإجراء تجربة صنع مغناطيس كهربائي، ستحتاج إلى الأدوات التالية:
- مسمار.
- بطارية.
- سلك معزول.
- مشبك ورقي.
- شريط لاصق.
خطوات العمل
يمكنك تنفيذ تجربة صنع مغناطيس كهربائي من خلال الخطوات التالية:
- لف السلك المعزول بشكل جيد حول المسمار، مع ترك أطراف السلك دون لفّها.
- ضع البطارية بجوار المسمار ملفوفًا بالسلك، واربط طرفي السلك بكل من القطب السالب والموجب باستخدام الشريط اللاصق.
- بعد بضع ثوانٍ، سيتحول المسمار إلى مغناطيس، يمكن التأكد من ذلك باستخدام المشبك الورقي الذي سينجذب إلى المسمار عند اقترابه.
التفسير العلمي
التفسير العلمي لتحويل المسمار الملفوف بالسلك المتصل بالبطارية إلى مغناطيس يكمن في توليد مجال مغناطيسي حوله نتيجة التيار الكهربائي الذي يمر عبر السلك.
أهم التجارب الفيزيائية في التاريخ
تجربة السقوط الحر لجاليليو
أجرى العالم الإيطالي جاليليو جاليلي تجربة السقوط الحر لإظهار أن الأجسام تسقط بنفس السرعة. وقد نفذ تجربته الشهيرة من أعلى برج بيزا المائل عام 1589م، حيث أسقط كرتين بأوزان مختلفة، وتبيّن أن الكرتين وصلتا إلى الأرض في نفس الوقت رغم اختلاف أوزانهما.
تجربة طبيعة الضوء الأبيض لنيوتن
استطاع العالم الإنجليزي إسحاق نيوتن عام 1672م إثبات أن الضوء الأبيض يتكون من مجموعة من الألوان. قام بتجربته الشهيرة من خلال تمرير ضوء الشمس عبر منشور زجاجي مثلث الشكل، مما أدى إلى انقسام الضوء إلى مجموعة من الألوان، حيث فسر ذلك باختلاف الأطوال الموجية المنكسرة.
تجربة قياس كثافة الكرة الأرضية لكافنديش
في عام 1798م، أجرى العالم الإنجليزي هنري كافنديش تجربته الشهيرة لقياس كثافة الأرض. من خلالها، تمكن من قياس كتلة الأرض أو وزنها باستخدام جهاز بسيط يتكون من كرتين صغيرتين مثبتتين على طرفي عصا، وكرتين كبيرتين مثبتتين على طرفي عصا أخرى. تم تثبيت هذه العصي في المنتصف.
بدأت الكرات الصغيرة بالتحرك ذهابًا وإيابًا نتيجة تأثير الجاذبية الناتجة عن الكرتين الأكبر حجمًا، وبذلك استطاع كافنديش حساب ثابت الجاذبية الأرضية وكثافة الأرض.
تجربة حفظ الطاقة لجول
يشير مفهوم حفظ الطاقة إلى أن مقدار الطاقة المستهلك يعادل المقدار الذي يُبذل، وقد توصل إلى هذا الاستنتاج العالم جيمس بريسكوت جول من خلال تجربته الشهيرة لحفظ الطاقة عام 1840م، حيث استخدم وعاء كبير مليئًا بالماء وعجلة مجذاف موصولة بمحور ملفوف بخيط عدة مرات، موصول ببكرة تربط بثقل.
عندما أطلق جول الوزن الثقيل، سحب الخيط حول البكرة الأمر الذي أدى إلى دوران العجلة، مما نتج عنه طاقة حرارية أدت إلى تسخين الماء. بتكرار التجربة عدة مرات وقياس حرارة الماء في كل مرة، تبين أن كمية الطاقة الكامنة المفقودة بسبب الوزن تساوي مقدار الطاقة الحرارية المكتسبة من الماء.
كتب جول نص نظريته الشهيرة حول حفظ الطاقة والذي ينص على أن الطاقة لا تفنى ولا تستحدث ولكن تتحول من شكل لآخر.
تجربة قياس سرعة الضوء لفيزو
في عام 1851م، قام العالم الفرنسي أرماند هيبوليت لويس فيزو بتجربة تمكن من خلالها قياس سرعة الضوء.
تتضمن تجربته تسليط شعاع من الضوء على مرآة نصف فضية، مما أدى إلى ارتداد الضوء عبر عجلة تدور بسرعة عالية، وخلف العجلة، وضعت مرآة أخرى على بعد 8.5 كم. اصطدم الضوء بالمرآة وارتداد بنفس الطريقة ليصل إلى تلسكوب كان يراقب الضوء من خلاله.
نظرًا لأن المسافة المقطوعة معروفة، وقام بقياس الوقت الذي استغرقه الشعاع في الانتقال، قسم المسافة على هذا الوقت لحساب سرعة الضوء.