مختبر الفيزياء

مختبر الفيزياء

صور المرايا المقعرة

Concave Mirror Images

تعكس المرآة المقعرة الأشعة المتوازية والموازية للمحور الرئيس للمرآة مارّة ببؤرتها. وتتكون أنواع مختلفة من الصور في المرآة المقعرة حسب بعد الجسم عن المرآة، وتتكون الصور الحقيقية على حاجز، في حين لا تتكون الصور الخيالية على حاجز. ستستقصي في هذه التجربة أثر تغيير موقع الجسم في موقع الصورة ونوعها.

سؤال التجربة

ما الشروط الواجب توافرها لتكوين صور حقيقية وأخرى خيالية باستخدام مرآة مقعرة؟

الأهداف

• تجمع وتنظم البيانات الخاصة بموقعي الجسم والصورة.
• تلاحظ الصور الحقيقية والخيالية.
• تلخص شروط تكون الصور الحقيقية والخيالية في المرايا المقعرة.

احتياطات السلامة

• لا تنظر إلى انعكاس الشمس في المرآة.
• لا تستعمل مرآة مقعرة لتجميع ضوء الشمس وتركيزه.

المواد والأدوات

• مرآة مقعرة.
• حامل شاشة.
• مسطرتان متريتان.
• مصباح (15 W) أو شمعة.
• مصباح يدوي.
• حامل مرآة.
• شاشة.
• 4 دعامات للمساطر المترية.

الخطوات

• حدد البعد البؤري للمرآة المقعرة المستخدمة باتباع الخطوات الآتية:

تحذير: لا تستخدم أشعة الشمس لتنفيذ هذه الخطوة. ضع المصباح على مسافة بعيدة من المرآة ثم اعكس ضوءه على الشاشة مع تحريكها ببطء نحو المرآة أو بعيدًا عنها حتى تحصل على أصغر صورة واضحة له، ثم قس المسافة بين الشاشة والمرآة على امتداد المحور الرئيس، وسجل هذه القيمة على أنها البعد البؤري للمرآة (f).

• ثبت المسطرتين المتريتين على الدعائم الأربع على شكل حرف (V)، واجعل صفري المسطرتين عند نقطة التقائهما.

• ضع المرآة على حاملها عند نقطة التقاء المسطرتين.

• ضع المصباح، الجسم، على طرف إحدى المسطرتين البعيد عن نقطة التقاء المسطرتين، وضع الشاشة على دعامتها على الطرف البعيد الآخر للمسطرة الثانية.

• أطفئ أنوار الغرفة.

• أضئ المصباح.

تحذير: لا تلمس زجاجة المصباح الساخنة.
قس بعد الجسم (d_o)، وسجله في المحاولة 1. وقس طول الجسم (h_o)، وسجله أيضًا في المحاولة 1، حيث يمثل هذا القياس طول المصباح أو طول فتيلته إذا كان المصباح شفافًا.

• عدل المرآة أو المسطرتين، كلما تطلب الأمر ذلك، بحيث تسقط الأشعة المنعكسة على الشاشة، وحرك الشاشة ببطء إلى الأمام أو الخلف حتى تتكون صورة واضحة على الشاشة، ثم قس بعد الصورة (d_i) وطولها (h_i)، وسجلهما في المحاولة 1.

• حرك المصباح في اتجاه المرآة بحيث يصبح على بعد يساوي ضعفي البعد البؤري:

[
d_o = 2f
]

وسجل قيمة (d_o) في المحاولة 2. ثم حرك الشاشة حتى تتكون صورة عليها، ثم قس (d_i)، (h_i)، وسجلهما في المحاولة 2.

• حرك المصباح في اتجاه المرآة بحيث يكون بعده عن المرآة (d_o) أكبر عدة سنتمترات من البعد البؤري (f)، وسجل ذلك في المحاولة 3، ثم حرك الشاشة حتى تتكون صورة عليها، وقس (d_i)، (h_i)، وسجلهما في المحاولة 3.

• حرك المصباح بحيث تصبح:

[
d_o = f
]

وسجل ذلك في المحاولة 4، ثم حرك الشاشة إلى الأمام والخلف محاولًا الحصول على صورة. ماذا تلاحظ؟

• حرك المصباح بحيث تصبح:

[
d_o < f
]

وسجل ذلك في المحاولة 5، ثم حرك الشاشة إلى الأمام والخلف محاولًا الحصول على صورة. ماذا تلاحظ؟

جدول البيانات

| المحاولة | (d_o) (cm) | (d_i) (cm) | (h_o) (cm) | (h_i) (cm) |
| -------- | ---------- | ---------- | ---------- | ---------- |
| 1 | | | | |
| 2 | | | | |
| 3 | | | | |
| 4 | | | | |
| 5 | | | | |

جدول الحسابات

| المحاولة | (\frac{1}{d_o}) ((cm^{-1})) | (\frac{1}{d_i}) ((cm^{-1})) | (\frac{1}{d_o} + \frac{1}{d_i}) ((cm^{-1})) | (f_{\text{محسوب}}) (cm) | النسبة المئوية للخطأ (%) |
| -------- | --------------------------- | --------------------------- | ------------------------------------------- | ----------------------- | ------------------------ |
| 1 | | | | | |
| 2 | | | | | |
| 3 | | | | | |
| 4 | | | | | |
| 5 | | | | | |

التحليل

• استعمل الأرقام: احسب:

[
\frac{1}{d_o}
]

و

[
\frac{1}{d_i}
]

وسجلهما في جدول الحسابات.

• استعمل الأرقام: احسب مجموع:

[
\frac{1}{d_o} و \frac{1}{d_i}
]

وسجل النتيجة في جدول الحسابات. ثم احسب مقلوب كل نتيجة من هذه النتائج، وسجله في جدول الحسابات في عمود (f_{\text{محسوب}}).

• تحليل الخطأ: قارن البعد البؤري التجريبي (f_{\text{محسوب}})، بالبعد البؤري المقبول بإيجاد النسبة المئوية للخطأ.

[
الخطأ \ النسبي = \frac{القيمة \ المقبولة - القيمة \ التجريبية}{القيمة \ المقبولة} \times 100%
]

[
% error = \left(\frac{f - f_{\text{محسوب}}}{f}\right) \times 100%
]

الاستنتاج والتطبيق

• صنف: ما نوع الصورة التي شوهدت في كل محاولة؟

• حلل: ما الشروط التي تطلبها تكوين صور حقيقية؟

• حلل: ما الشروط التي تطلبها تكوين صور خيالية؟

التوسع في البحث

• ما الشروط اللازم تحقيقها لتكون الصورة أكبر من الجسم؟

• راجع طرائق جمع البيانات، وحدد مصادر الخطأ، وما الذي يتعين عليك عمله حتى يكون القياس أكثر دقة؟

الفيزياء في الحياة

ما الميزة التي تكمن في استخدام المنظار الفلكي ذي المرآة المقعرة؟