لمس کردن چشمه نور
توضیح اولیه
در این طرح درس با یک آزمایش، چشمه نوری را برابر یک آینه مقعر قرار می دهید. چشمه واقعی برای بیننده قابل مشاهده نیست، ولی بیننده می تواند تصویر آن را که در فضا درست شده، مشاهده نماید. دانش آموزان تلاش می کنند که چشمه را لمس نمایند، در حقیقت در تلاش برای لمس تصویر آن هستند. دستان آن ها به سمت چیزی که واقعی تر به نظر می رسد، حرکت خواهند کرد! این بالاترین معجزه تصویر است. ما در این جا از یک لامپ حبابی به عنوان چشمه استفاده خواهیم کرد.
اهداف
- دانش آموزان با چگونگی تشکیل تصویر در آینه مقعر وقتی جسم در مرکز آینه قرار دارد آشنا می شوند.
وسایل لازم
- یک آینه مقعر به قطر 40 سانتی متر
- چوب (به عنوان پایه برای آینه و چشمه، مطابق شکل)
- دو سرپیچ لامپ با سیم و دوشاخه
- یک منبع نوری (لامپ) 40 تا 75 وات.
طرح درس
با انجام این آزمایش در کلاس می توان تصویر جسمی مثل یک لامپ در مقابل آینه کاو را به دانش آموزان نشان داد. در صورتی که امکانات کافی در اختیار دارید دانش آموزان را به چند گروه تقسیم کنید و از آن ها بخواهید تا مراحل زیر را با هم انجام دهند در غیر این صورت خودتان آزمایش را انجام داده و سعی کنید دانش آموزان را نیز با آن درگیر نمایید.
مراحل زیر را در کلاس توضیح دهید و از دانش آموزان بخواهید تا طبق روند زیر آزمایش را دنبال کنند:
یک جعبه چوبی با یک پهلوی باز مطابق شکل بسازید.ارتفاع جعبه باید کمی از نیمه آینه کم تر باشد، و عرض و عمق آن هم به اندازه ای باشد که حباب لامپ را در خود جا دهد.تمام سطوح جعبه را با سیاه، رنگ کنید.
لامپ را به برق بزنید و جعبه را در وضعیتی قرار دهید که سمت باز آن رو به آینه قرار بگیرد. یک سرپیچ هم روی جعبه درست بالای لامپ قرار دهید.
برای تعیین طول کانونی آینه آن را در فاصله زیادی از آینه – حداقل 6 متر- قرار دهید.طوری که سمت مقعر (حفره) آن رو به لامپ باشد.در این صورت آینه تصویری حقیقی از لامپ را در نزدیکی نقطه کانونی آن تشکیل خواهد داد. فاصله مرکز آینه تا محل تصویر را اندازه بگیرید، این همان فاصله کانونی آینه است.
برای تعیین محل تصویر یک کارت (8×13 سانتی متری) را در مرکز و مماس به آینه قرار دهید. کارت را به آهستگی از آینه دور کنید. هرگاه که تصویر روی کارت واضح شد، کارت شما در نزدیکی نقطه کانونی قرار گرفته است.
آینه را به اندازه دوبرابر فاصله کانونی از لامپ قرار دهید. آینه تصویر لامپ را منعکس می کند.این تصویر در فضا و در مقابل آینه تشکیل خواهد شد.با تنظیم دقیق وضعیت عمودی و افقی جعبه، می توان تصویر را در سرپیچ بالای جعبه منطبق کرد.(ممکن است مجبور شوند چند مجله یا کتاب را زیر جعبه برای این کار قرار دهند.)
این تصویر سازی در اتاق تاریک به بهترین نحو انجام خواهد پذیرفت.
از دانش آموزان بخواهید که در فاصله 5 متری آزمایش قرار بگیرند، به طوری که بتوانند لامپ را روی سرپیچ بالایی ببینند. بعد از آن ها بخواهید که بتدریج به سمت لامپ نزدیک شوند.ممکن است مجبور شوند کمی خم شوند، خود را بکشند یا به راست و چپ منحرف کنند تا تصویری که از لامپ می دیدند، مخدوش نشود. در نهایت آن ها خواهند گفت که تصویر خیلی طبیعی به نظر می رسد.
چه اتفاقی می افتد؟
در نهایت می توانید به آن ها توضیح دهید که چه اتفاقی رخ می دهد.
به آن ها بگویید تصویری که شما می بینید توسط یک آینه کروی مقعر تشکیل شده است. شعاع های نوری که از لامپ در یک نقطه خارج می شوند، توسط آینه مقعر طوری منعکس می شوند، که در نقطه ای جمع شده و تصویری حقیقی از جسم را درآن نقطه به ما می دهند. شعاع های نوری به همگرایی خود ادامه داده و درچشم شما دوباره به هم می رسند. عدسی چشمان شما این پرتو ها را دوباره در شبکیه جمع می کند. چشمان و مغز شما نمی توانند تفاوت بین تصویر شبکیه ای جسم منیر و تصویر شبکیه ای انعکاس لامپ را تشخیص دهند. در برخی از موارد، تصویر بازتابی از لامپ با اصل جسم متفاوت است. قرار دادن جسمی در پشت تصویر انعکاسی، باعث تیره و محو شدن لامپ می شود.
و در آخر...
با اینکه ما از یک لامپ استفاده کردیم، می توان از یک جسم غیر منیر هم برای رسیدن به یک تصویر حقیقی بهره جست. به عنوان تفریح می توان از یک حیوان پلاستیکی، مانند گاو یا خوک، استفاده کرد.می توان از جنبه های تزیینی دیگر هم، مانند افزودن نور چراغ قوه به حیوان پلاستیکی، استفاده کرد.یک نقطه ی نورانی بر روی تصویر تشکیل خواهد شد! آینه نور بازتابی از چراغ قوه را دریافت کرده و از آن برای تشکیل تصویر بهره خواهد جست.
مترجم: پویا قسوره
تنظیم: نسرین صادقی
