فصل 14 (علوم تجربی هشتم)

فصل 14 (علوم تجربی هشتم)

چشمه‌های نور

جسم منیر خودش نور تولید می‌کند؛ خورشید، لامپ، شمع. جسم غیرمنیر نور تولید نمی‌کند و ما آن را به‌خاطر نوری می‌بینیم که از سطحش بازمی‌تابد؛ مداد، کتاب، صخره.

چشمه‌های نور دو نوع‌اند: نقطه‌ای (از دور به نظر می‌رسد نور از یک نقطه بیرون می‌آید؛ مثل ستاره) و گسترده (سطح پهن و قابل اندازه‌گیری دارد؛ مثل خورشید یا لامپ نزدیک). این تفاوت در بحث سایه مهم می‌شود.

انتشار نور

نور همیشه در خط راست منتشر می‌شود. چند نشانهٔ ساده آن را تأیید می‌کند: پرتوهای خورشید که از لابه‌لای برگ درختان به شکل خطوط مستقیم می‌تابند، تشکیل سایه، و کارِ دوربین روزنه‌ای که حدود ۵۰۰ سال پیش ساخته شد.

هر باریکهٔ نور از بی‌شمار پرتو تشکیل شده است. پرتو، نازک‌ترین تصور ممکن از مسیر نور است و برای نمایش مسیر نور روی کاغذ به کار می‌رود. باریکه‌ها سه شکل دارند: موازی، واگرا (پرتوها از هم دور می‌شوند) و همگرا (به هم نزدیک می‌شوند).

هشدار ایمنی: هرگز نور لیزر را به چشم خود یا دیگران نیندازید.

اجسام از نظر عبور نور

• شفاف: نور را کامل عبور می‌دهد و پشتش واضح دیده می‌شود؛ شیشه، آب.
• نیم‌شفاف: بخشی از نور را عبور می‌دهد و پشتش تار است؛ کاغذ پوستی، شیشهٔ مات.
• کدر: نور را عبور نمی‌دهد؛ چوب، سنگ.

سایه و نیم‌سایه

سایه فضای تاریکی است که پشت جسم کدر تشکیل می‌شود، چون نور در خط راست می‌رود و از جسم کدر رد نمی‌شود.

• چشمهٔ نقطه‌ای یا کوچک ← سایه با مرز واضح.
• چشمهٔ گسترده ← سایه به‌همراه نیم‌سایه: ناحیه‌ای که نور جزئی به آن می‌رسد؛ نه کاملاً روشن، نه کاملاً تاریک.

کسوف (خورشیدگرفتگی): ماه بین زمین و خورشید قرار می‌گیرد و سایه‌اش روی زمین می‌افتد. کسانی که در مرکز سایه‌اند کسوف کامل و کسانی که در نیم‌سایه‌اند کسوف جزئی می‌بینند. چون سایهٔ ماه ناحیهٔ کوچکی از زمین را می‌پوشاند، کسوف را افراد کمتری می‌بینند.

خسوف (ماه‌گرفتگی): زمین بین ماه و خورشید قرار می‌گیرد و سایهٔ زمین روی ماه می‌افتد. چون این سایه بزرگ‌تر است، خسوف را افراد بیشتری می‌بینند.

هشدار: هرگز حتی هنگام خورشیدگرفتگی، بدون محافظ مخصوص به خورشید نگاه نکنید.

بازتاب نور

بازتاب نور: برگشت نور از سطح اجسام؛ اجسام غیرمنیر را به همین دلیل می‌بینیم.

• منظم: روی سطح صاف (مثل آینهٔ تخت)؛ پرتوهای موازی پس از بازتاب هم موازی می‌مانند.
• نامنظم: روی سطح ناهموار (مثل کاغذ یا دیوار)؛ پرتوها در جهت‌های مختلف پراکنده می‌شوند.

قانون بازتاب: زاویهٔ تابش = زاویهٔ بازتاب؛ یعنی زاویهٔ پرتو تابش با خط عمود بر سطح، برابر زاویهٔ پرتو بازتاب با همان خط عمود است. این قانون برای همهٔ سطوح — حتی ناهموار — برقرار است؛ فقط جهت خط عمود در هر نقطه فرق می‌کند.

آینهٔ تخت

پرتوها از جسم به آینه می‌تابند، بازمی‌تابند و به چشم می‌رسند؛ چشم آن‌ها را دنبال می‌کند و تصور می‌کند از پشت آینه آمده‌اند.

ویژگی‌های تصویر: مجازی (روی پرده نمی‌افتد)، مستقیم و هم‌اندازهٔ جسم. فاصلهٔ تصویر از آینه هم برابر فاصلهٔ جسم از آینه است.

پیرابین: دو آینهٔ تخت موازی که نور را چند بار بازمی‌تابانند تا اجسام پشت مانع دیده شوند؛ در زیردریایی‌ها کاربرد دارد.

آینه‌های کروی

سطح این آینه‌ها بخشی از یک کرهٔ توخالی است. اگر سطح درونی بازتابنده باشد آینهٔ کاو (مقعر) — فرورفته مثل کاسه — و اگر سطح بیرونی باشد آینهٔ کوژ (محدب) — برآمده مثل پشت قاشق — داریم.

آینهٔ کاو: پرتوهای موازی پس از بازتاب همگرا می‌شوند و در نقطه‌ای به نام کانون جمع می‌شوند؛ این کانون حقیقی است، چون پرتوها واقعاً از آن می‌گذرند. تصویر به موقعیت جسم بستگی دارد:

• جسم خارج از کانون ← تصویر حقیقی، کوچک‌تر و وارونه (روی پرده می‌افتد).
• جسم بین آینه و کانون ← تصویر مجازی، بزرگ‌تر و مستقیم.

کاربردها: آینهٔ دندان‌پزشکی، تلسکوپ بازتابی و متمرکز کردن نور خورشید.

آینهٔ کوژ: پرتوهای موازی پس از بازتاب واگرا می‌شوند و فقط امتدادشان پشت آینه همدیگر را قطع می‌کند؛ پس کانونش مجازی است. تصویر در آن، فارغ از موقعیت جسم، همیشه مجازی، مستقیم و کوچک‌تر است. چون ناحیهٔ دید بزرگ‌تری نشان می‌دهد، در آینهٔ عقب خودرو، فروشگاه‌ها و پیچ‌های تند جاده به کار می‌رود.

نکات فراتر

• سرعت نور در خلأ حدود ۳۰۰٬۰۰۰ کیلومتر بر ثانیه است. نور خورشید ۸ دقیقه در راه است؛ یعنی خورشید را با ۸ دقیقه تأخیر می‌بینیم.
• چرا کسوف و خسوف هر ماه رخ نمی‌دهند؟ مدار ماه حدود ۵ درجه نسبت به صفحهٔ مدار زمین کج است؛ پس معمولاً ماه کمی بالاتر یا پایین‌تر از راستای خورشید-زمین می‌افتد.

اشتباهات رایج

• ماه منیر نیست؛ «مهتاب» نور خورشید است که از سطح ماه بازتابیده.
• «تصویر مجازی» یعنی روی پرده نمی‌افتد، نه اینکه دیده نشود.
• آینهٔ کاو همیشه بزرگ‌نمایی نمی‌کند؛ جسم خارج از کانون تصویری کوچک‌تر و وارونه دارد.
• در بازتاب نامنظم هم قانون بازتاب برقرار است؛ فقط جهت سطح در هر نقطه فرق می‌کند.
• کسوف روز رخ می‌دهد و خسوف شب؛ جابه‌جایشان نگیرید.

نمونه سؤال

سؤال ۱: چرا اجسام غیرمنیر مثل کتاب یا مداد را می‌بینیم، با اینکه خودشان نور تولید نمی‌کنند؟

پاسخ: چون نوری را که از یک چشمه (خورشید یا لامپ) به آن‌ها می‌تابد از سطح خود بازمی‌تابانند؛ این نور به چشم ما می‌رسد و جسم را می‌بینیم.

سؤال ۲: دانش‌آموزی می‌گوید: «دیشب یک کسوف کامل دیدیم؛ همه‌جا چند دقیقه تاریک شد.» هم‌کلاسی‌اش می‌گوید این حرف علمی نیست. کدام‌یک درست می‌گویند؟ چرا؟

پاسخ: هم‌کلاسی درست می‌گوید. کسوف وقتی رخ می‌دهد که ماه بین زمین و خورشید قرار بگیرد، پس خورشید باید در آسمان (روز) باشد تا سایهٔ ماه روی زمین بیفتد. «دیشب» با کسوف در تناقض است؛ آنچه شب رخ می‌دهد خسوف است.

جمع‌بندی

نور از چشمه‌های منیر تولید می‌شود و اجسام غیرمنیر را از راه بازتاب می‌بینیم. نور در خط راست منتشر می‌شود و همین باعث سایه، کسوف و خسوف می‌شود. قانون بازتاب (زاویهٔ تابش = زاویهٔ بازتاب) برای همهٔ سطوح برقرار است. آینهٔ تخت تصویر مجازی و هم‌اندازه می‌دهد، آینهٔ کاو بسته به موقعیت جسم تصویر بزرگ‌تر یا وارونه می‌سازد، و آینهٔ کوژ همیشه تصویری مجازی، مستقیم و کوچک‌تر می‌دهد.