تجارب فيزيائية

تجارب فيزيائية عن الضوء

الضوء عبارة عنموجات كهرومغناطيسيّة يمكن إدراكه بالعين المجرّدة، وقد أجريت العديد من التجارب والاختبارات الفيزيائيّة لدراسة خصائصه، وفيما يأتي بعض هذه التجارب.^[١]

تجربة انحناء الضوء

الأدوات اللازمة

تتطلّب عمل تجربة انحاء الضوء مجموعة من الأدوات البسيطة كما يأتي:^[٢]

• مؤشر ليزر.
• مكعب ستايروفوم.
• زجاجة ماء بلاستيكيّة فارغة مع غطاء.
• مقص أو سكين.
• لتر أو أكثر من الماء.
• ملعقتان من الحليب.
• شريط لاصق ورقي.
• قلم تخطيط.

خطوات التجربة

يمكن تنفيذ تجربة انحناء الضوء باتباع الخطوات الآتية:^[٢]

1. يثبت مؤشر الليزر فوق معكب الستايروفوم باستخدام الشريط اللاصق.
2. يوضع الماء في الزجاجة وإضافة بعض من الحليب إلى الماء لجعله يبدو عكرًا.
3. توضع الزجاجة مقابل مكعب الستايروفوم، ويشغل ضوء الليزر.
4. توضع علامة على المكان الذي ينفذ منه الضوء من الجانب الآخر للزجاجة باستخدام قلم التخطيط.
5. تفرغ الزجاجة من الماء ويصنع ثقب صغير باستخدام المقص أو السكين مكان العلامة التي وضعت في الخطوة السابقة، ثمّ يغلق الثقب باستخدام الشريط اللاصق.
6. تُملأ الزجاجة بالماء مرّة أخرى، ويضاف إليها قليلًا من الحليب، وتوضع في نفس المكان الأوّل.
7. يزال الشريط اللاصق الذي يغلق الثقب، ممّا يؤدي لخروج الماء منه.
8. يوجه ضوء الليزر نحوَ الثقب الذي يتسرّب منه الماء، سيظهر الضوء منحنيًا مع اتجاه خروج الماء من الفتحة.

التفسير العلمي

إنّ التفسير العلميّ لانحناء الضوء مع اتجاه المياه هوَ خاصيّة انكسار الضوء، أي أنّ الضوء ينكسر عندما ينتقل من وسط لآخر، فعندما ينتقل الضوء من الماء إلى الهواء فإنّ موجاته ستصبح بطيئة، وبالتالي فإنّها ستنتحني باتجاه خطّ عاموديّ وهميّ على سطح الانكسار يدعى الخطّ العاديّ.^[٣]

تجربة انعكاس الضوء

الأدوات اللازمة

الأدوات اللازمة للقيام بتجربة انعكاس الضوء، هيَ:^[٤]

• مرآة دون إطار.
• قطعة من الورق.
• قلم رصاص.
• مسطرة.
• دبوس.
• مؤشر ليزر.
• غرفة مظلمة.

خطوات التجربة

تتلخص خطوات تجربة انعكاس الضوء فيما يأتي:^[٤]

1. تطوى قطعة الورق من منتصفها، ويرسم خطّ باستخدام المسطرة وقلم الرصاص مكان الطيّ.
2. توضع المرآة بشكل مستقيم فوقَ الخطّ المرسوم، ويحرص على عدم تحريكها أثناء إجراء التجربة.
3. ترسم إشارة صليب كبيرة على الورقة من الجهة المقابلة للمرآة، ويوضع دبوس في مكان التقاطع.
4. تُطفأ الأضواء الموجودة في الغرفة، ويشغل مؤشر الليزر ويوجه نحوَ المرآة، سيصطدم الضوء بالمرآة وينعكس عنها.
5. يُحرك ضوء الليزر بحيث يصبح مسار الضوء الساقط باتجاه رأس الصليب، ويرسم مسار الضوء الساقط والمنعكس عن المرآة باستخدام القلم والمسطرة.
6. يُحرك ضوء الليزر في أكثر من موضع على الورقة ويرسم خطّ سقوط الضوء وانعكاسه عن المرآة.

التفسير العلمي

سيلاحظ من التجربة السابقة أنّ الزاوية التي سارَ بها الضوء الساقط على المرآة يساوي الزاوية التي انعكس بها الضوء عن المرآة، وهيَ خاصيّة مميزة للضوء يطلق عليها اسم خاصيّة الانعكاس المنتظم، كما أنّ أشعة الضوء المنعكسة ستتحرّك في جميع الاتجاهات.^[٥]

تجارب فيزيائية عن الصوت

إنّ الصوت عبارة عن اضطرابات ميكانيكيّة تنتشر عبرَ الأوساط الماديّة،^[٦] ولدراسة خصائص الصوت تجرى العديد من التجارب الفيزيائيّة، وفيما يأتي بعض هذه التجارب.

تجربة سماع الصوت في الماء

الأدوات اللازمة

للقيام بتجربة سماع الصوت في الماء يجب تجهيز الأدوات الآتية:^[٧]

• اثنان من الأكواب الورقيّة.
• خيط طويل.
• إبرة حادّة.
• مقص

خطوات التجربة

يمكن تنفيذ تجربة سماع الصوت في الماء باتباع الخطوات الآتية:^[٧]

1. يجهز خيط لا يقلّ طوله عن 15م.
2. يُحدث ثقب صغير في قاع الأكواب الورقيّة.
3. يمرر طرفا الخيط من كلّ ثقب موجود في قاع الكوبين، ويعقد عقدة كبيرة لمنع الخيط من الخروج.
4. توزع الأكواب على شخصين، بحيث يبتعد كل شخص عن الآخر على طول امتداد الخيط.
5. يتحدث واحد من الشخصين في الكوب، ويضع الشخص الآخر الكوب الذي معه على أذنه، سيلاحظ سماع صوت الشخص الآخر عبرَ الكوب.

التفسير العلمي

إنّ التفسير العلميّ لانتقال الصوت عبرَ الكوبين، هو خاصيّة موجات الصوت التي لا تنتقل فقط عبرَ الهواء، بل تنتقل أيضًا عبرَ الأوساط الصلبة، والتي تتمثّل في التجربة السابقة بالخيط، إذ تنتقل موجات الصوت من فم المتحدث لتصطدم في قاع الكوب وتخلق اهزازت صوتيّة، وتنتقل هذه الاهتزازات على طول الخيط، ويعمل الكوب الآخر كمكبر للصوت.^[٨]

تجربة رؤية موجات الصوت

الأدوات اللازمة

تحتاج تجربة رؤية موجات الصوت للأدوات الآتية:^[٧]

• وعاء شفاف فارغ.
• غلاف بلاستيكيّ.
• شريط مطاطيّ كبير.
• بلورات من السكر.

خطوات التجربة

تنفذ تجربة رؤية موجات الصوت من خلال الخطوات الآتية:^[٧]

1. تلفّ فوّهة الوعاء الشفاف بقطعة من الغلاف البلاستيكيّ بشكل محكم، وتثبت جيدًا باستخدام الشريط المطاطي الكبير.
2. توضع قطعة من بلورات السكر في منتصف الغلاف البلاستيكيّ.
3. يُصدر صوت عالٍ بشكٍل مباشر على بلورات السكر، سيلاحظ بأنّ البلورات تتحرّك.

التفسير العلمي

إنّ التفسير العلميّ لتحرّك بلورات لسكر فوق الغلاف البلاستيكيّ هو تأثّرها بالاهتزازات الصوتيّة التي تنتقل من الهواء إلى المواد الصلبة التي تتمثّل بالغلاف البلاستيكي في التجربة السابقة.^[٧]

تجارب فيزيائية عن الحركة 

إنّ الحركة هو تغيّر موقع أو اتجاه جسم ما مع الوقت،^[٩] ولدراسة خصائص حركة الأجسام أجريت العديد من التجارب الفيزيائيّة، وفيما يأتي بعض هذه التجارب.

تجربة سحب الورقة تحت الكأس

الأدوات اللازمة

للقيام بتجربة سحب الورقة تحت الكأس يجب توفير الأدوات الآتية:^[١٠]

• ورقة.
• كوب بلاستيكيّ مليء بالماء.

خطوات التجربة

تتلخص خطوات تجربة سحب الورقة تحت الكأس فيما يأتي:^[١٠]

1. تُثنى الورقة على حافّة الطاولة.
2. يوضع الكوب البلاستيكيّ على جزء الورقة المثني فوقَ الطاولة، وعلى بعد لا يقلّ عن 2.5 سم عن حافّتها.
3. تسحب الورقة بشكٍل سريع من تحت الكوب البلاستيكيّ، سيلاحظ بأنّ الكوب لم ينكسب.

التفسير العلمي

إنّ التفسير العلميّ لعدم انسكاب الماء من الكوب البلاستيكيّ في التجربة يعود لما يطلق عليه اسم القصور الذاتيّ، وهوَ أنّ الجسم الساكن يميل لأن يحافظ على حالته الحركيّة الساكنة.^[١٠]

تجربة أعواد الأسنان المسافرة

الأدوات اللازمة

تتطلب تجربة أعواد الأسنان المسافرة الأدوات الآتية:

• وعاء عميق فارغ.
• 4 أعواد أسنان.
• ماء.
• صابون غسل الأطباق السائل.

خطوات التجربة

تتلخص خطوات تجربة أعواد الأسنان المسافرة فيما يأتي:

1. يُملأ الوعاء بالماء الدافئ.
2. تُرتَب أعواد الأسنان الأربعة على شكل مربع في الماء.
3. يوضع القليل من الصابون السائل على الإصبع ويلمس منتصف مربّع أعواد الأسنان، سيلاحظ بدء حركة الأعواد عبرَ الوعاء.

التفسير العلمي

إنّ التفسير العلميّ لتجربة أعواد الأسنان المسافرة هوَ قيام الصابون السائل بكسر التوتر السطحيّ للماء، ممّا يؤدي لتحرّك جزيئات الماء السطحيّة بعيدًا عن الصابون متوجهة نحو أطراف الوعاء، وأثناء حركتها ستدفع معها أعواد الأسنان الطافية على سطح الماء.^[١١]

تجارب فيزيائية عن الكهرباء

الكهرباء عبارة عن شحنات كهربائيّة قد تكون ثابتة أو متحركة،^[١٢] وتمتلك العديد من الخصائص التي يمكن اكتشافها من خلال التجارب الفيزيائيّة، وفيما يلي بعض هذه التجارب:

تجربة فصل الملح عن الفلفل الأسمر

الأدوات اللازمة

يلزم للقيام بتجربة فصل الملح عن الفلفل الأسمر الأدوات الآتية:^[١٣]

• ملح.
• فلفل أسمر.
• ملعقة بلاستيكيّة.
• ورقة سوداء.
• قطعة قماش

خطوات التجربة

تتلخص خطوات تجربة فصل الملح عن الفلفل الأسمر فيما يأتي:^[١٣]

1. تُنثر حفنة من الملح فوقَ الورقة السوداء.
2. تُضاف حفنة من الفلفل الأسمر للملح وخلط المزيج جيدًا.
3. تُفرك الملعقة البلاستيكيّة جيدًا بقطعة القماش لمدّة لا تقلّ من 10 ثوانٍ.
4. تُقرب الملعقة من خليط الفلفل والملح، سيلاحظ قفز الفلفل الأسمر إلى سطح الملعقة.

التفسير العلمي

تتحرّك جزيئات الفلفل الأسمر باتجاه الملعقة البلاستيكيّة لأنّ الملعقة عندما فُركت بقطعة من القماش تولّد على سطحها كهرباء سكونيّة، وعندَ تقريب سطحها من خليط الملح والفلفل الأسمر فإنّ الفلفل سينجذب للكهرباء السكونيّة بصورة أسرع من الملح لأنّه أخفّ وزنًا.^[١٤]

تجربة صنع ساعة من البطاطا

الأدوات اللازمة

يتطلب عمل تجربة صنع ساعة من البطاطا توفير الأدوات الآتية:^[١٥]

• حبتين من البطاطا.
• قطعتين صغيرتين من الأسلاك النحاسيّة السميكة.
• مسمار مغلفن عدد 2.
• 3 مشابك تمساح.
• ساعة بسيطة بدون بطاريّات.
• قلم تخطيط.

خطوات التجربة

تتبع الخطوات التالية لتنفيذ تجربة صنع ساعة من البطاطا كالآتي:^[١٥]

1. ترقم حبتا البطاطا باستخدام قلم التخطيط.
2. يُدخل مسمار في كلّ حبّة من حبّات البطاطا.
3. تُدخل قطعة من الأسلاك النحاسيّة في كلّ حبة من حبات البطاطا، بحيث يكون السلك بعيدًا عن المسمار.
4. يُستخدم مشبك تمساح لوصل المسمار في حبّة البطاطا رقم 1 ويوصل مع القطب الموجب لمكان البطاريّة في الساعة.
5. يُستخدم مشبك تمساح آخر لوصل المسار في حبّة البطاطا رقم 2 ويوصل مع القطب السالب لمكان البطاريّة في الساعة.
6. يُربط سلكا النحاس في البطاطا رقم واحد مع السلك النحاسيّ في البطاطا رقم 2 من خلال مشبك التمساح الثالث، وعندها ستعمل الساعة.

التفسير العلمي

إنّ التفسير العلميّ لتشغيل الساعة من خلال حبتيّ البطاطا هوَ أنّ حبتيّ البطاطا ستعملانِ كخليّة كهروكيميائيّة، إذ تتفاعل أيّونات الزنك الموجود في المسمار مع أيونات النحاس الموجودة في السلك النحاسيّ، ممّا يؤدي لتحويل الطاقة الكيميائيّة إلى طاقة كهربائيّة على شكل إلكترونات تنتقل عبرَ الأسلاك مشكلة دارة كهربائيّة.^[١٥]

أمّا البطاطا فتعمل كعازل بينَ أيّونات الزنك وأيّونات النحاس فتمنع تلامسهما وتفاعلهما، لأنّ ذلك سيؤدي لتوليد طاقة حراريّة فقط.^[١٥]

تجارب فيزيائية عن المغناطيس

يعرف المغناطيس بأنّه خاصيّة تمتلكها أي مادة قادرة على جذب الحديد وخلق مجال مغناطيسيّ حولها،^[١٦] ويتميّز المغناطيس بالعديد من الخصائص التي بيّنتها التجارب الفيزيائيّة المختلفة، وفيما يلي بعض هذه التجارب.

تجربة تحريك السيارة بالمغناطيس

الأدوات اللازمة

يلزم لعمل تجربة تحريك سيارة صغيرة بالمغناطيس ما يأتي:^[١٧]

• لعبة على شكل سيّارة.
• قطعتان من المغناطيس.
• شريط لاصق ورقيّ.

خطوات التجربة

خطوات تجربة تحريك السيارة بالمغناطيس هيَ:^[١٧]

1. تثبث قطعة من المغناطيس فوقَ لعبة السيّارة باستخدام الشريط اللاصق.
2. توجه قطعة المغناطيس الأخرى نحوَ قطعة المغناطيس المثبتة فوقَ السيّارة، وعندها ستبدأ السيارة بالحركة.

التفسير العلمي

ستتحرك السيارة في التجربة السابقة بفضل قوّة المقاومة التي تتولّد بينَ قطبيّ المغناطيسيين الشماليّ والجنوبيّ، إذ تتنافر الأقطاب المتشابهة.^[١٨]

تجربة عمل مغناطيس كهربائي

الأدوات اللازمة

يجب تجهيز الادوات التالية لعمل تجربة صنع مغناطيس كهربائيّ:^[١٩]

• مسمار.
• بطاريّة.
• سلك معزول.
• مشبك ورقيّ.
• شريط لاصق.

خطوات التجربة

تنفذ تجربة صنع مغناطيس كهربائيّ باتباع الخطوات الآتية:^[١٩]

1. يُلف السلك المعزول بشكل جيّد حولَ المسمار، وتُترك أطراف السلك دونَ لفّها حوله.
2. توضع البطاريّة بجانب المسمار الملفوف بالسلك، ويُربط طرفا السلك بكلّ قطب من أقطابها السالب والموجب، وتُثبت بالشريط اللاصق.
3. بعد مرور عدّة ثوانٍ سيتحوّل المسمار الملفوف بالسلك إلى مغناطيس، ويمكن التأكد من ذلك باستخدام المشبك الورقيّ الذي سينجذب إلى المسمار عندَ تقريبه منه.

التفسير العلمي

إنّ التفسير العلميّ لتحوّل المسمار الملفوف بالسلك الكهربائيّ والموصول بالبطاريّة إلى مغناطيس هوَ توليد مجال مغناطيسيّ حولَ المسمار، والذي ينشأ بسبب التيّار الكهربائيّ الذي يعبر السلك.^[١٩]

أهم التجارب الفيزيائية في العالم

تجربة السقوط الحر لجاليليو

قامَ العالم الإيطاليّ جاليليو جاليلي بتجربة السقوط الحرّ لتوضيح أنّ الأجسام تسقط بنفس السرعة، فقام بتجربته الشهيرة من أعلى برج بيزا المائل عام 1589م، فأسقطَ كرتين بأوزان مختلفة، وتبيّنَ أنّ كلتا الكرتين قد وصلتا إلى الأرض في الوقت ذاته بالرغم من اختلاف أوزانهما.^[٢٠]

تجربة طبيعة الضوء الأبيض لنيوتن

تمكن العالم الانجليزيّ اسحاق نيوتن عام 1672م من إثبات أنّ الضوء الأبيض يتكوّن من مجموعة من الألوان، فقام بتجربة مررّ من خلالها ضوء الشمس عبرَ منشور زجاجيّ مثلث الشكل، فانقسم الضوء إلى مجموعة من الألوان، وفسّر ذلك باختلاف الأطوال الموجيّة المنكسرة عن المنشور.^[٢٠]

تجربة قياس كثافة الكرة الأرضية لكافنديش

نفذَ العالم الانجليزيّ هنري كافنديش تجربته الشهيرة لقياس كثافة الأرض عام 1798م، ومن خلالها قياس كتلة الأرض أو وزنها، وصنعَ لذلك جهاز بسيط يتألّف من كرتين صغيرتين مثبتتين على طرفيّ عصا، وكرتين كبيرتين مثبتتين على طرفيّ عصا أخرى، وثُبتت العصيّ على بعضها من المنتصف.^[٢٠]

بدأت الكرات الصغيرة بالتحرّك ذهابًا وإيابًا متأثّرة بقوّة الجاذبيّة التي تتعرضان لها من الكرتين الأكبر حجمًا، وبذلك استطاعَ كافنديش معرفة ثابت الجاذبيّة الأرضيّة، وكتلة الأرض.^[٢٠]

تجربة حفظ الطاقة لجول

يقصد بحفظ الطاقة أنّ مقدار الطاقة التي تستهلك تعادل مقدار الجهد الذي سيبذل، وقد توصّل لهذا الاستنتاج العالم جيمس بريسكوت جول من خلال تجربته الشهيرة لحفظ الطاقة عام 1840م، وقد استخدم لعمل التجربة وعاءً كبيرًا مليئًا بالماء، ووضعَ بداخله عجلة مجذاف موصولة بمحور ملفوف حوله خيطٍ عدّة مرات، والخيط موصول ببكرة مربوطة بثقل.^[٢٠]

وعندما حرر جول الوزن الثقيل سحب الخيط حولَ البكرة فقلب المحور الموصول بالعجلة، ممّا أدّى لجعل العجلة تدور، ونتج عن هذا الدوران طاقة حراريّة أدت إلى تسخين الماء، وبتكرار التجربة عدّة مرات وقياس حرارة الماء في كلّ مرّة تبيّنَ أنّ كميّة الطاقة الكامنة المفقودة بسبب الوزن تساوي مقدار الطاقة الحراريّة التي اكتسبها الماء.^[٢٠]

ووضعَ جول نصّ نظريته الشهيرة حولَ حفظ الطاقة والذي ينصّ على أنّ الطاقة لا تفنى ولا تستحدث ولكنّها تتحوّل من شكل إلى آخر.^[٢٠]

تجربة قياس سرعة الضوء لفيزو

عملَ العالم الفرنسيّ أرماند هيبوليت لويس فيزو عام 1851م تجربة تمكن من خلالها قياس سرعة الضوء.^[٢٠]

وتتلخص تجربته بإلقاء شعاع من الضوء على مرآة نصف فضيّة، ممَا أدى لارتداد الضوء عبرَ عجلة تدور مئات المرآت في الثانية، وخلف العجلة وضعت مرآة أخرى على بعد 8.5 كم، فاصطدم الضوء بها وارتد بنفس الطريقة ليصل إلى تلسكوب كانَ فيزو يراقب الضوء من خلاله.^[٢٠]

ولأنّ المسافة التي قطعها شعاع الضوء معروف، وقياس المدّة التي استغرقها لقطع هذه المسافة، فقسّم المسافة على الوقت لحساب سرعة الضوء.^[٢٠]

المراجع

1. ↑ Glenn Stark (7/5/2021), "light", Britannica, Retrieved 13/11/2021. Edited.
2. ^ ^{أ ب} Amanda Robb, "Bending Light Experiment", Study, Retrieved 14/11/2021. Edited.
3. ↑ Betsy Chesnutt, Christianlly Cena, "What is Refraction? - Definition, Causes & Examples", Study, Retrieved 14/11/2021. Edited.
4. ^ ^{أ ب} David Wood, "Reflection & Refraction of Light: Physics Lab", Study, Retrieved 14/11/2021. Edited.
5. ↑ "Reflection of light", Science Learn Hub, Retrieved 14/11/2021. Edited.
6. ↑ Richard E. Berg (5/11/2020), "sound", Britannica, Retrieved 14/11/2021. Edited.
7. ^ ^{أ ب ت ث ج} "7 Cool Sound Science Experiments for Kids", Kids Academy, 19/11/2018, Retrieved 14/11/2021. Edited.
8. ↑ Carlos Soto (29/4/2018), "How Does a Paper Cup Phone Work?", Sciencing, Retrieved 14/11/2021. Edited.
9. ↑ Gloria Lotha (8/11/2018), "motion", Britannica, Retrieved 14/11/2021. Edited.
10. ^ ^{أ ب ت} "Magic Napkin Force And Motion Science Experiment", Science Fun, Retrieved 14/11/2021. Edited.
11. ↑ "Traveling Toothpicks Force And Motion Science Experiment", Science Fun, Retrieved 14/11/2021. Edited.
12. ↑ Eustace E. Suckling (12/11/2020), "electricity", Britannica, Retrieved 14/11/2021. Edited.
13. ^ ^{أ ب} "Separate Salt and Pepper with Static Electricity", Science Kiddo, Retrieved 14/11/2021. Edited.
14. ↑ Jill Staake (29/9/2020), "16 Shockingly Fun Electricity Experiments and Activities for Kids", We Are Teachers, Retrieved 14/11/2021. Edited.
15. ^ ^{أ ب ت ث} "How Potato Batteries Work", Kidz World, 20/2/2018, Retrieved 14/11/2021. Edited.
16. ↑ Aakanksha Gaur (8/10/2020), "magnet", Britannica, Retrieved 14/11/2021. Edited.
17. ^ ^{أ ب} Margo Gothelf, "Unleash the Amazing Power of Magnets with These Simple Experiments", Camp, Retrieved 14/11/2021. Edited.
18. ↑ Roslyn Frenz (24/4/2017), "A Science Project on Magnetic Cars", Sciencing, Retrieved 14/11/2021. Edited.
19. ^ ^{أ ب ت} "Magnet Experiment: How to Make an Electromagnet", APEX Magnets, 28/8/2014, Retrieved 14/11/2021. Edited.
20. ^ ^{أ ب ت ث ج ح خ د ذ ر} Chris Woodford. (12/4/2021), "The 10 greatest physics experiments?", Explain That Stuff, Retrieved 14/11/2021. Edited.