الضوء والبصريات
Light and Optics
بناء كشاف طيف بسيط "مطياف"
Spectroscope
مقدمة :
المطياف جهاز بسيط يعمل على تحليل الضوء إلى الألوان المكون منها . العناصر المختلفة تنتج ألوانا مختلفة عندما تتوهج . نحن يمكن أن نجعل الأجسام والغازات تتوهج بتسخينها على لهب أو بتمرير كهرباء خلالها . المطياف ينشر الألوان ويعكسها إلى أعيننا , ونحن يمكن أن نميز العناصر بالخطوط اللامعة التي نراها في كشاف الطيف .
الصورة في الأعلى أنتجت بواسطة مشروعنا الذي نحن بصدد إنجازه والذي سنصنع من خلاله مطياف ضوئي .
يمكنك أن تشاهد خط أخضر ناصع , وخط أزرق أرجواني ناصع وخط برتقالي أضعف . هذه الخطوط تخبرنا أن عنصر الزئبق يمكن أن ينتج مثل هذه الألوان . يأتي الضوء من مصباح الفلورسنت الذي يعمل على تسخين الزئبق حتى يتوهج . الضوء الأزرق الأرجواني من الزئبق ( وبعض الاشعاع فوق البنفسجي المخفي ) بعدها يحدث التوهج الفسفوري وينتج الضوء الأبيض داخل زجاجة الفلورسنت المتوهجة .
كيف نصنع المطياف ؟
نحتاج إلى الأدوات التالية الموضحة في الصورة :
1- أي قرص مدمج CD أو DVD .
2- أي صندوق كرتوني يستوعب CD .
3- نصل شفرة حادة (عدد2).
4- أنبوب كرتوني صغير كالذي يلف عليه ورق الألمنيوم المستخدم في تغليف الطعام .
5- أجزاء من شريط ورق السلوفان .
6- أجزاء من شريط الألمنيوم اللماع اللاصق .
كشاف طيفنا له ثلاثة أجزاء رئيسية هي :
• الشق : الذي يقوم بدوره النصلين الحادين .
• محزوز الحيود : الذي يؤدي فعله القرص المدمج CD حيث أنه في كل 1 ملليميتر طولا يوجد 625 حزّا ( مسارا ) على سطح القرص المدمج .
• الناظور : يقوم بدوره الأنبوبة الكرتونية .
للتأكد من الأجزاء الثلاثة متراصة بشكل صحيح في أماكنها وتعمل كنظام , سوف نستخدم ال CD كأداة قياس بحيث نعلّم بقع على الكرتون توضّح أماكن الشق والمنظار كما في الشكل الذي على اليمين . نضع القرص المدمج عند قمة الصندوق حوالي نصف إنش من الحافة اليسرى وقريبة من قاع الصندوق , كالمعروض في الصورة , نستعمل قلم لرسم دائرة داخل الفراغ في وسط القرص , هذه الدائرة ترينا موقع المنظار.
الآن نضع الأنبوب بحيث نركز مركزه على مركز الدائرة الصغيرة التي سبق أن رسمناها , ونثبّت ثم نرسم دائرة أكبر بإستخدام قاعدة الأنبوب .
الآن نزيح الأنبوب باتجاه اليمين جانبيا حتى يلامس طرفه الدائرة الصغيرة كما في الشكل , ثم نرسم دائرة كبيرة أخرى (عموما أيّة إزاحة زائدة عن الحاجة سيكفل بإصلاحها شريط الألمنيوم اللاصق ).
الآن باستخدام المشرط نقص على الشكل الخارجي للدائرتين وبشكل اهليلجي يسمح بدخول الأنبوب بشكل زاوية .
الخطوة التالية هي لعمل الشق :
ندير الصندوق ربع دورة ليكون مدخل الأنبوب قد أصبح على اليمين الآن . نستعمل القرص المدمج ثانية لرسم دائرة في الجهة اليسرى السفلية من وجه الصندوق والتي ستكون مكانا للشق .
من مركز تلك الدائرة نرسم مستطيلا أبعاده 2 إنش في نصف إنش , ثم نقص الكرتون بشكل المستطيل .
بحذر نرفع النصلين ثم نثبتهما على المستطيل بحيث نجعل حافتيهما الحادتين تتلامسان .
الخطوة التالية : نضع الصندوق مفتوحا للأعلى ومن جهتنا يكون الوجه الذي يحتوي على الشق , كما في الصورة المجاورة , نلصق القرص المدمج من الداخل على الوجه المقابل للوجه الذي يحتوي الشق , بحيث يكون الوجه اللامع للقرص باتجاهنا , الصورة تظهر ذلك جيدا , يجب ملاحظة أن المسافة التي يبعدها القرص يسارا تناسب المسافة التي وضع الشق عندها.
والآن نغلق الصندوق باستعمال ورق الألمنيوم العاكس بحيث نحجب أي شعاع ضوئي ونمنعه من الدخول إلى الصندوق باستثناء الأماكن التي عملناها ( الشق , المنظار ) كما في الصورة .
إن الخطوة الأخيرة: هي أن نستعمل شريط الألمنيوم لتثبيت الأنبوب بشكل مائل , لكن قبل أن نثبته نهائيا نتأكد أن الزاوية التي اخترناها هي الأفضل وذلك بتعريض الشق لضوء الشمس مثلا ونتأكد بالنظر خلال الأنبوب أن جميع الألوان ظاهرة من الأحمر إلى البنفسجي .
التجريب :
- نوجّه الشق نحو مصدر صناعي للضوء كمصباح مثلا وننظر من خلال المنظار سوف نترى الطيف بشكل خطوط بسيطة غير لامعة , هذا بسبب أن الطيف هنا نتج عن تسخين جسم صلب ( التنجستن ) .
الغازات الحارة تنتج أيضا طيفا ملونا يساعدنا المطياف على رؤيته . الصورة أعلاه توضّح طيف غاز النيون الذي يقع في غالبه في الجزء الأحمر والبرتقالي .
- الضوء يتكون من موجات , وكل طول موجي يمثّل لون مختلف . إن الثنائي الوصلة الضوئي (الديودLED ) الأحمر ينتج طيفا مستمرا بلا خطوط لأنه ليس ناتج عن توهج غاز , كما في الصورة التي على اليمين .
- بينما الطيف الناتج عن ثنائي الوصلة الليزري يكون أضيق لأن الأشعة الليزرية تكون مترابطة كما في الأسفل.
المرجع :
Simon Quellen,Gonzo Gizmos: Projects & Devices to Channel Your Inner Geek (Paperback),2003
الثلاثاء أبريل 22, 2008 12:38 am
