أشكال الضوء المكونة على كأس سائل كحولي ونافذة وقطرة الماء
المؤلف:
جيرل ووكر
المصدر:
سيرك الفيزياء الطائر
الجزء والصفحة:
ص791
2025-09-25
177
تفقد ضوء الشمس الساطع المار عبر كأس الكحول ويسقط على طاولة. ستجد أن الكأس لا يُضيء الطاولة على نحو موحد، لكن يُغطّيها بواحد أو أكثر من الخطوط الساطعة التي يُطلق عليها «مُنحنيات». إن انحناء الكأس يعيد توجيه الضوء ليُصدر تلك الخطوط. تعكس النوافذ أشكالاً مشابهة على الأشياء المحيطة بها. أما أكثر المنحنيات شيوعًا فهو على الأرجح ذلك الذي يتكون داخل فنجان القهوة الخزفي أو البلاستيكي (وليس المصنوع من الفوم). يتكون المنحنى من خطين مقوسين ساطعين متقاطعين (انظر شكل 1).
يمكن تكوين مجموعة أكبر من الأنواع المختلفة للمُنحنيات من خلال توجيه شعاع لیزر عبر طبقة من البلاستيك المجعد أو المموج مثل ذلك الموجود في الأغطية المحيطة بالمصابيح الفلورسنت في المكاتب وإذا حركت الطبقة البلاستيكية مع الموسيقى فستنتج
شكل 1: أشكال ضوئية ناتجة عن (أ) فنجان قهوة في ضوء الشمس. (ب) وقطرة ماء صغيرة قريبة من العين و (جـ) قطرة ماء أكبر قريبة من العين.
عرض ليزر ضوئيًّا مصغَرًا. ويُمكنك أيضًا استخدام طبقة بلاستيكية شفافة مسطحة موضوع عليها كمية فوضوية من الغراء الشفاف. بالإضافة إلى ذلك، يُمكن رؤية المنحنيات الضوئية المتحركة في قاع حمامات السباحة عندما يتحرك ضوء الشمس عبر الدوامات الموجودة على سطح المياه.
أما أروع أشكال المنحنيات الضوئية فيُمكن رؤيتها إذا نظرت إلى مصباح الشارع ليلًا عبر قطرة ماء. من الممكن أن تكون القطرة على عدسات نظارتك أو على زجاج النافذة (وفي هذه الحال قرّب عينك جدًّا من القطرة). إذا كانت القطرة صغيرة وغير منتظمة، فسيكون الشكل الذي تراه مكونا من خطوط ساطعة مقعرة للخارج ومتقاطعة (انظر شكل (1ب. وإذا كانت القطرة أكبر حجمًا وعالقة على نحو متدل، فسيكون أسفل الشكل شبيها بالشكل الذي تكون في القطرة الأصغر حجمًا، لكن أعلى الشكل سيكون خطا ساطعًا محدَّبًا للخارج (انظر شكل جـ). أما داخل القطرة فيُوجد نجوم يمكن أن تجعلها ترقص إذا هززت القطرة برفق. إذا استطعت تدوير القطرة حول خط رؤيتك للمصباح، فسوف يتقلص الجزء السفلي أولا، ثم يدخل للداخل ليكون النجمة. فما سبب تكون الأشكال التي تراها في هذه الظروف المختلفة؟ وهل يمكن انقسام الأشكال إلى وحدات أساسية؟
الجواب: يُمكن تقسيم منحنيات الضوء إلى شكلين أساسيين؛ ألا وهما: «الطيات» (الخطوط المنحنية) و«النتوءات» (تقاطع طيتين). الوحدات الأساسية. هي أمثلة بصرية للطريقة الرياضية التي يُطلق عليها اسم «نظرية الكارثة». وهي تظهر لأن السطح (سواء كأس كحول أو الماء المتموج ... إلخ) يحزم الأشعة من خلال الانكسار أو الانعكاس؛ ومن ثم يركز الضوء في صورة خطوط ساطعة. وبالتحديد، فإن الضوء يتركز في صورة بنية ثلاثية الأبعاد في الهواء. وعندما تعترض عينك أو سطح مشاهدة هذا الضوء فإنه يتَّخذ شكل شريحة ثنائية الأبعاد في تلك البنية.
لهذه البنى الثلاثية الأبعاد ثلاثة أنواع، ولكل نوع نقطة تفرد» يكون فيها المنحنى في الشريحة في أقصى درجات الانضغاط. وإذا أخذت الشريحة لمكان آخر عبر إحدى هذه البنى الثلاثة، فعندها تُوصف البنية بأنها «غير مطوية».
يُمكن لضوء الشمس المنعكس على الجدار من نافذة أحد المباني أن يكون صورة مشابهة للشكل العام للنافذة لكن ذات حافات مُنحنية تُسمَّى طيات. وهذه الطيات إما أن تكون مقعرة أو محدبة اعتمادًا على إذا ما كانت النوافذ بارزةً للداخل أم للخارج. فعندما تكون النافذة محدبة للخارج، يخلق الانعكاس شكلا بيضاويًّا؛ وعندما تكون مقعرة للخارج فإنها تكون صليبًا. ساطعًا. أما النافذة المكوَّنة من لوحين زجاجيين والمحتوية على كلا النوعين من المنحنيات فمن الممكن أن تكون كلا الشكلين.
خطًا ساطعا محدَّبًا للخارج (انظر شكل 1جـ). أما داخل القطرة فيُوجد نجوم يمكن أن تجعلها ترقص إذا هززت القطرة برفق. إذا استطعت تدوير القطرة حول خط رؤيتك للمصباح، فسوف يتقلص الجزء السفلي أولا، ثم يدخل للداخل ليكون النجمة. فما سبب تكون الأشكال التي تراها في هذه الظروف المختلفة؟ وهل يمكن انقسام
الأشكال إلى وحدات أساسية؟ الجواب: يُمكن تقسيم منحنيات الضوء إلى شكلين أساسيين؛ ألا وهما: «الطيات» (الخطوط المنحنية) و«النتوءات» (تقاطع طيتين). الوحدات الأساسية هي أمثلة بصرية للطريقة الرياضية التي يُطلق عليها اسم «نظرية الكارثة». وهي تظهر لأن السطح (سواء كأس كحول أو الماء المتموج ... إلخ) يحزم الأشعة من خلال الانكسار أو الانعكاس؛ ومن ثم يركز الضوء في صورة خطوط ساطعة وبالتحديد، فإن الضوء يتركز في صورة بنية ثلاثية الأبعاد في الهواء. وعندما تعترض عينك أو سطح مشاهدة هذا الضوء فإنه يتَّخذ شكل شريحة ثنائية الأبعاد في تلك البنية.
لهذه البنى الثلاثية الأبعاد ثلاثة أنواع، ولكل نوع نقطة تفرد» يكون فيها المنحنى في الشريحة في أقصى درجات الانضغاط. وإذا أخذت الشريحة لمكان آخر عبر إحدى هذه البني الثلاثة، فعندها تُوصف البنية بأنها «غير مطوية».
يمكن لضوء الشمس المنعكس على الجدار من نافذة أحد المباني أن يكون صورة مشابهة للشكل العام للنافذة لكن ذات حافات مُنحنية تُسمَّى طيات. وهذه الطيات إما أن تكون مقعرة أو محدبة اعتمادًا على إذا ما كانت النوافذ بارزةً للداخل أم للخارج. فعندما تكون النافذة محدبة للخارج، يخلق الانعكاس شكلا بيضاويا؛ وعندما تكون مقعرة للخارج فإنها تكون صليبًا ساطعًا أما النافذة المكوَّنة من لوحين زجاجيين والمحتوية على كلا النوعين من المنحنيات فمن الممكن أن تكون كلا الشكلين.
الاكثر قراءة في مواضيع عامة في علم البصريات
اخر الاخبار
اخبار العتبة العباسية المقدسة
