موتورالکتریکی آیـا میدانیـد در ماشـین لباسشـویی، اسـتوانهای که لبـاس در آن قـرار میگیرد، چگونـه میچرخد و لباسها شسـته میشـوند؟ یا در ماشینهای اسـباب بازی الکتریکی، چرخها چگونه میچرخند و ماشین حرکت میکند؟ یکـی از رایجتریـن کاربردهـای علـم مغناطیـس در زندگـی روزمـره، سـاخت و اسـتفاده از موتورهـای 1)های آبی، خودروها و.. . اسـتفاده الکتریکـی اسـت. موتورهای الکتریکـی در جاروبرقی، خنککن )کولر میشوند. برای آشنایی با کارکرد موتورهای الکتریکی آزمایش زیر را انجام میدهیم. آزمایش کنید هدف آزمایش: ساخت موتور الکتریکی ساده مـوادووسـایل: چنـد متـر سـیم مخصـوص ۵/۰میلی متری الکـی، لیـوان کاغذی یا پالسـتیکی ٔ کاغذی و سیمهای مقاوم، چند آهنربای کوچک قوی )نئودیمیوم(، باتری بزرگ ۵/۱ ولتی، گیره سوسماری، دو باتری قلمی و جای باتری. روشاجرا ١ــ همانند شکل الف توسط سیم مخصوص یک سیم پیچ درست کنید. ٢ــ دو طرف لیوان را با دقت سوراخ کنید و گیرههای کاغذی را )همانند شکل پ( به طرفین آن بچسبانید. ٣ــ آهنرباها را )همانند شکل ت( در طرفین لیوان قرار دهید. ۴ــ سیم پیچ را در لیوان قرار دهید و سیمهای دو طرف آن ٔ کاغذی تماس را طوری از سوراخها خارج کنید که با پایین گیره ٔ تماس با گیره، روکش یک طرف سیم بهطور داشته باشند )در نقطه کامل و طرف دیگر تنها نیمی از آن تراشیده شود(. ٔ کاغذی و سر دیگر را به باتری ۵ ــ یک سر سیم سوسماری را به گیره وصل کنید و حرکت سیم پیچ را در نظر بگیرید. هم اکنون شـما یک موتـور الکتریکی سـاختهاید. شـکل آخر )ث( ٔ سادهای از موتور الکتریکی ساخته شده توسط یک نمونه دانشآموز را نشان میدهد. )ث( )الف( )ب( )پ( )ت( ١ـ Cooler 95
در موتورهای الکتریکی، انرژی الکتریکی تبدیل به انرژی حرکتی میشود و میتوان از چرخش محور برای چرخاندن قطعات دیگر اسـتفاده کرد.به نظر شـما از حرکت این سـیم پیچ چه اسـتفادههایی میتوان کرد؟ تولید برق مـا همگی از انرژی الکتریکی اسـتفاده میکنیم. بدون آن زندگی بسـیار دشـوار اسـت. بـدون این نوع انرژی، تلویزیون، رایانه، یخچال، لباسشـویی، ظرفشـویی و ... نمیتوانند کار کنند. آزمایش زیر به شـما نشان میدهد که چگونه میتوان به کمک یک سیم پیچ و آهنربا جریان الکتریکی تولید کرد. فعالیت تحقیق کنید در یک نیروگاه برق آبی، چگونه برق تولید میشود؟ آزمایش کنید هدف آزمایش: ساخت یک مولد برق ساده ٔ پالسـتیکی )سـرنگ(، سـیم مخصـوص نازک مـوادووسـایل:لولـه الکـی، المـپ کوچـک LED ،یـک آهنربای کوچـک قوی، چسب لنت، سوکت و سیمهای رابط. روشاجرا ٔ ١ــ سیم مخصوص را به دور لوله پالستیکی آنقدر میپیچیم تا یک سیم پیچ با حداقل ۶۰۰ الی ۱۰۰۰ دور تشکیل شود. ٢ــ دو سر سیم را به پایانههای LED وصل میکنیم. ٣ــ آهنربـا را در لولـه )سـرنگ( قـرار میدهیم و سـر لوله را میبندیم. ۴ــ آهنربا را با سرعت در لوله حرکت میدهیم. آیـا المپ روشـن میشـود؟ چگونه میتـوان نور المپ را بیشتر کرد؟ آیا میتوانید توضیح دهید در این آزمایش انرژی جنبشی شما به چه انرژیهایی تبدیل شده است؟ 96
ٔ وسـایل، تجهیزات و امکانات ٔ سـازنده با دقت به محیط اطراف خود بنگرید و سـعی کنید مواد اولیه ً بـه این نتیجه میرسـید که از مصالـح به کار رفته در سـاختمان، اطـراف خـود را شناسـایی کنیـد. حتما شیشـه، پنجره، میز و نیمکتهای فلزی تا داروهای مورد اسـتفاده در پزشـکی، خمیر دندان، عینک، قطعـات الکترونیکـی رایانـه و تلفـن همراه، مغز مداد و. .. همگی بخشـی از مواردی هسـتند که به طور ٔ سنگ کره بهدست میآیند. مستقیم و غیر مستقیم از مواد سازنده آیا با خود اندیشیدهاید که اگر این مواد نبودند، ما چگونه زندگی میکردیم؟ کانی ها فصل ۱۱ 97
کانی ها،اجزای تشکیل دهندۀسنگ کره ٔ سـنگها از اجتماع یک یا چند نوع کانی ً از سـنگ و کانی تشـکیل شـده اسـت. همه سـنگ کره، عمدتا ٔ ما به شـکلهای مختلف اسـتفاده تشـکیل شـدهاند. کانیهـا منابـع خدادادیانـد و از آنهـا در زندگی روزمره میشود. گفتوگوکنید ٔ کاربـرد هـر یـک از ایـن کانیهـا در زندگی در شـکل زیـر دو کانـی را مشـاهده میکنیـد. دربـاره گفتوگو کنید. ب( کانی گرافیت پ( هماتیت؛ سنگ معدن آهن ت( مس خالص )معدن مس سرچشمه کرمان( کاربـرد کانیهـا در زندگی ما بسـیار گوناگون و فراوان اسـت. برخی از کانیهـا به عنوان کانی قیمتی در جواهرسازی مورد استفاده قرار میگیرند )شکل ۱ ـ الف و ب(. گروهی دیگر از کانیها به عنوان مادۀ ارزشمند معدنی از زمین استخراج میشوند )شکل ۱ ـ پ و ت(. الف( کانی طال شکل ۱ الف( کانی فیروزه )معدن فیروزه نیشابور( ب(کانی یاقوت 98
از بعضـی کانیهـا بـه طور مسـتقیم یا غیرمسـتقیم در صنعت و سـاخت وسـایل، قطعـات و تجهیزات صنعتی استفاده میکنند. ٔ لوازم بهداشـتی کاربرد دارند. برخی دسـتهای از کانیها مصرف خوراکی دارند و در داروسـازی و تهیه ٔ زمیـن را نشـان میدهنـد؛ بنابر ایـن از آنهـا بـرای شناساسـی محیـط ّ ـت حاکـم بـر گذشـته کانیهـا وضعی ٔ اوضاع آب و تشکیلشـان اسـتفاده میشـود؛ مانند نمک خوراکی )هالیت( وگچ )ژیپس( که نشـاندهنده هوایی گرم و خشک در زمان تشکیل آنهاست )شکل ٣ .) اکنون با برخی از کاربردهای متعدد کانیها آشـنا شـدید، برای آشـنایی بیشتر با آنها باید بدانید که آنها ٔ سـنگها هسـتند. کانیها مواد طبیعی، از عناصر مختلف تشـکیل شـدهاند و خود اجزای تشـکیل دهنده ۱ـ در اسـتان محـل سـکونت شـما چـه معادنـی وجـود دارد و کدام مـواد ارزشـمند از آنها اسـتخراج میشود؟ در این باره اطالعاتی جمعآوری و نتیجه را به کالس گزارش کنید. اطالعات جمعآوری کنید در اثر وارد شدن ضربات آرام به کانی کوارتز، اختالف پتانسیل الکتریکی در آن آیا میدانید؟ تولید میشود. به همین دلیل از این کانی در ساخت انواع ساعتهای بدون باتری استفاده میشود. الف( کانی مسکوویت)طلق نسوز( ب( کوارتز ٔ جهان در شـهر فیروزه از توابع شهرسـتان نیشابور واقع آیا میدانید؟ بزرگترین معدن فیروزه شده است. شکل۲ـ دو نوع کانی صنعتی 99
کانی بسازید ۱ـ در یـک لیـوان آب، مقـداری نمـک خوراکـی بریزیـد و آن را به هـم بزنید. ایـن کار را تا زمانی ٔ )فوق اشـباع( آب نمک تشـکیل شود؛ یعنی دیگر نمک در آب ادامه دهید که محلول فراسـیر شـده حل نشود. ۲ـ چند قطره از محلول فراسیر شده را روی یک مقوای سیاه رنگ بچکانید. مدتی صبر کنید تا آب آن تبخیر شود. آنگاه کانی نمک خوراکی )هالیت( را میتوانید با چشم ببینید. فعالیت شکل ۳ـ الف( کانی فلوئوریت )در تهیه خمیردندان استفاده میشود.( ب( کانی تالک )پودر بچه( ٔ پ( کانی هالیت )نمک خوراکی( گچ استفاده میشود( ت( کانی ژیپس )در تهیه تشکیل کانی ها کانیها به روشهای مختلفی تشکیل میشوند. برخی از آنها حاصل تبلور مواد مذاب هنگام سردشدن ً ثابتی دارند. جامد و متبلوریاند که ترکیب شیمیایی نسبتا فراوانی کانیها در همه جا یکسـان نیسـت و به عواملی مانند شـرایط تشـکیل کانی، مقدار پایداری و ٔ آنها بستگی دارد. مقاومت آنها در برابر فرسایش و فراوانی عناصر تشکیلدهنده 100
شناسایی کانی ها کانی شناسان برای شناسایی کانیها از خواص فیزیکی، شیمیایی و نوری آنها استفاده میکنند. خـواص فیزیکـی ماننـد شـکل بلـور )شـکل ۴ـالـف(، رنـگ و سـختی کانی؛ خـواص شـیمیایی مانند ٔ مقاطع نازک واکنشپذیری کانی با اسـید )شـکل ۴ـب(. همچنین از خواص نوری کانیها هنگام مطالعه ٔ کانیشناسی استفاده میشود )شکل ۴ـپ(. کانیها توسط میکروسکوپهای ویژه شکل ۴ـ الف( شکل بلور کوارتز ب( واکنشپذیری کانیها با اسید ٔ میکروسکوپ پ( مطالعه کانیها به وسیله هستند. بیشتر کانیهای قیمتی به این شیوه تشکیل میشوند. بعضی از کانیها حاصل تبخیر محلولهای فراسیر شده هستند؛ مانند کانیهالیت. دستهای از کانیها تحت تأثیر عواملی مانند گرما و فشار بهدست میآیند. گرافیت نمونهای از این نوع کانیهاست. ب( الف( پ( ٔ سایر روشهای تشکیل کانیها اطالعات جمعآوری، با مراجعه به اینترنت و منابع معتبر درباره و نتیجه را به صورت پردهنگار به کالس ارائه کنید. اطالعات جمعآوری کنید 101
کانی های نامهربان برخی از کانیها در طبیعت وجود دارند که برای سالمتی انسان ضرر دارند. هنگام برخورد با این کانیها 1 )از این گروه با رعایت اصول علمی و بهداشـتی میتوان از آسـیب آنها در امان بود. کانی پنبهنسـوز )آزبست است )شکل ۵ .)این کانی بهصورت الیاف طبیعی از معدن استخراج میشود. از این کانی به دلیل مقاومت ٔ لنت زیـاد در برابـر گرمـا و کشـش در تهیـه ترمـز، لباسهـای ضد حریق، سـقفهای کاذب و ... استفاده میشود. در صورتی که ایـن الیـاف از داخل لنت ترمـز، لباسهای ضدحریـق و ... وارد هـوا شـوند از طریـق ٔ تنفـس وارد شـشها میشـوند و بـه دیـواره شـش میچسـبند و یاختههای شـش را به یاختههـای سـرطانی تبدیـل میکننـد. در برخـی از کشـورها اسـتفاده از ایـن کانی در صنعت ممنوع شده است. شکل ۵ـ کانی پنبهنسوز کانی های ملی اگـر بـه نـام کانیها دقـت کنید، میبینید بیشـتر آنها نامهای التیـن، یونانی و رومی دارنـد. نامگذاری ّ ه به مالکهایی مانند نام محل پیدا شدن آن کانی برای اولین بار، نام کاشف آن، به افتخار کانیها باتوج نـام دانشـمندان برجسـته یا خواص کانیهـا مانند خاصیت آهنربایـی، رنگ، ترکیب شـیمیایی و ... انجام ً پسوند)یت ite )را به آخر نام کانی اضافه میکنند. میشود. در نامگذاری کانیها معموال برخی از کانیها برای اولین بار در ایران و یا به افتخار زمین شناسان و دانشمندان ایرانی نامگذاری شدهاند. از اینرو به این کانیها نام ایرانی داده شده است؛ مانند کانیهای بیرونیت و آویسنیت که به ترتیب به نام ابوریحان بیرونی و ابوعلی سینا نامگذاری شدهاند. کانی ایرانیت نیز اولین بار در ایران کشف شد )شکل ۶ـ الف(. ٔ کاربردهـای پنبهنسـوز، خطرهـای آن و راههـای جلوگیـری یـا کاهـش ایـن خطرهـا، دربـاره اطالعات جمعآوری، و نتیجه را بهصورت پردهنگار به کالس گزارش کنید. اطالعات جمعآوری کنید ١ـ Asbestos 102
کانی خادمیت در سـال ۱۹۶۲ میالدی به افتخار نام نصراله خادم، بنیانگذار آیا میدانید؟ و رئیس وقت سازمان زمینشناسی کشور نامگذاری شد )شکل ۶ ـب(. شکل ۶ـ کانیهای ملی: الف( کانی ایرانیت ب( کانی خادمیت طبقه بندی کانی ها کانیها بر اسـاس معیارهای مختلفی طبقهبندی میشـوند؛ یکی از مهمترین مالکهای تقسیمبندی ٔ زیر تقسیمبندی میشوند. آنها، ترکیب شیمیایی آنهاست. بر این اساس کانیها به طور کلی به دو دسته ً از انجماد و تبلور مواد ۱ـسیلیکات ها: این گروه از کانیها عنصر سیلیسیم )Si )در خود دارند و عمدتا مذاب حاصل میشوند؛ مانند کوارتز و مسکوویت. ۲ـ غیرسـیلیکات ها: این گروه از کانیها فاقد عنصر سیلیسـیم )Si )هسـتند؛ مانند فیروزه، هالیت و هماتیت. ٔ دلیل نامگذاری سـایر کانیهای ملی، اطالعات جمعآوری، و نتیجه را به صورت روزنامه درباره دیواری ارائه کنید. اطالعات جمعآوری کنید 103
ّ ـه کنیـم، مـواد گوناگونـی را میبینیـم کـه از آنهـا در زندگی خود اسـتفاده اگـر بـه اطـراف خـود توج ّ یت کمتری دارند. یکی از این مواد که در مدرسـه، میکنیـم. بعضـی از آنهـا خیلی مهماند و بعضی اهم خیابان، طبیعت و ... با آن سر و کار داریم، سنگ است. آیا میدانید سنگها چگونه بهوجود میآیند؟ ٔ تشکیل، آیا سـنگها با هم فرق دارند؟ سـنگها از چه موادی تشـکیل شـده اند؟ در این فصل با شیوه انواع و کاربرد سنگها آشنا میشوید. سنگ ها فصل ۱۲ سنگ ها،منابع ارزشمند ّ ه به این سنگها از نظر مقاومت، رنگ، چگالی و ترکیب مواد تشکیل دهنده با هم متفاوتاند و با توج ویژگی کاربردهای مختلفی دارند )شکل 1.) 104
شکل ۱ـ الف( سنگ دیوار و کف ساختمان ب( نمای سنگی ساختمان سـنگ از منابع خدادادی اسـت که انواع آن در کشـور ما در مناطق مختلف، از جمله رشـته کوههای البرز و زاگرس به فراوانی وجود دارد. بعضی از این سـنگها را میتوان بهطور مسـتقیم از کوهها به شـهر منتقل و در سـاختمان سـازی بهکار برد )شـکل ۱ـ الف و ب(. همچنین برخی از این سنگها حاوی منابع مختلفی مانند نفت، گاز، آب، آهن، طال و ... هسـتند که پس از اسـتخراج در زندگی بهکار برده میشـوند. در صورتی که شرایط محیطی مهیا باشد، سنگها به خاک تبدیل میشوند و این مادۀ ارزشمند را به عنوان بستر زیستن جانداران بهوجود میآورند. در شکل زیر دو نوع سنگ دیده میشود. ۱ــ کدام سنگ دارای استحکام بیشتری است؟ ۲ــ کدام سنگ برای نمای ساختمان مناسبتر است؟ چرا؟ فکرکنید الف( ب( 105
ً سـنگها، اجسـام طبیعی، غیرزنده و جامدیاند که از یک یا چند نوع کانی تشـکیل شـده اند و معموال در سه گروه آذرین، رسوبی و دگرگونی تقسیم بندی میشوند. اطالعات جمعآوری کنید فهرستی از موارد استفاده از سنگ در خانه یا مدرسه، تهیه و آن را در کالس ارائه کنید. آیا در سنگهای آذرین، فسیل وجود دارد؟ دلیل خود را ذکر کنید. فکرکنید سنگ های آذرین بر اساس مطالعات، هرچه از سطح زمین به سمت داخل زمین برویم، دما افزایش مییابد به طوریکه ٔ سانتی گراد دما افزایش مییابد. این گرما باعث میشود که به ازای هر یک کیلومتر عمق، حدود ۳۰ درجه سنگها به ماگما )مواد مذاب( تبدیل شوند. این مواد مذاب، طبیعی، داغ، متحرک و سرشار از گاز است. ماگما بهدلیل داشتن گاز فراوان و حرارت زیاد، نسبت به سنگهای اطراف سبکتر است و به سمت بـاال حرکـت میکنـد. ایـن مواد مذاب اگر در داخل زمین باقی بمانند و در همانجا سـرد و متبلور شـوند به ً درشت بلورند و کانیهای آنها بدون میکروسکوپ قابل سنگهای آذرین درونی تبدیل میشوند که نسبتا دیدناند. اگرمواد مذاب از راه شکستگیها و شکافهای موجود در سنگ کره به سطح زمین راه پیدا کند به سنگهای آذرین بیرونی تبدیل میشوند. این سنگها ریز بلورند. نوعسنگ چگونگی تشکیل آذرین از سرد شدن و انجماد مواد مذاب حاصل میشوند. رسوبی در اثـر فرسـایش و حمـل رسـوبات بـه داخـل محیـط رسـوبی و رسوبگذاری و فشـردگی بهوجود میآیند. دگرگونی در اثر حرارت و فشار از سنگهای دیگر حاصل میشوند. 106
ّت به تصویر سنگهای آذرین باال بنگرید و جدول زیر را تکمیل کنید. فعالیت با دق ت( بازالت شکل ۲ـ الف( گرانیت ب( ریولیت پ( گابرو نامسنگ گرانیت ریولیت گابرو بازالت ٔ بلورها اندازه محل تشکیل 107
سنگ های رسوبی ً سنگهای سطح زمین در اثر عواملی مانند آب، باد، تغییرات دما، فعالیتهای جانداران به ویژه معموال ٔ انسـان و ... متالشـی و خـرد میشـوند و بهصـورت ّ ات و قطعات خرد شـده و مواد محلول به وسـیله ذر رودخانـه ، یخچـال و بـاد بـه اقیانوسهـا، دریاهـا و دریاچههـا ح مـل میشـوند و پـس از رویهـم انباشتهشدن، الیههای رسوبی را بهوجود میآورند. الیههای رسوبی با گذشت زمان و در اثر فشار ناشی از وزن الیههـای باالیـی، سـخت و بـه سـنگهای رسوبی تبدیل میشوند )شکل ۴ .) سـنگهای آذریـن کاربردهـای بسـیار زیـادی در زندگی ما دارند. برخـی از آنها مانند گرانیـت و گابـرو بـه عنـوان سـنگ تزیینـی در نمـای سـاختمان کاربـرد دارنـد؛ همچنیـن از ایـن سـنگها در سـاختن پله )شـکل ۳ـب(، کف ساختمان و ساخت بناهای یادبود )شکل ۳ـالف( استفاده میشود. از خرده سنگهای ٔ بتـون، جـاده سـازی، زیـر آذریـن در تهیـه سـازی راه آهن و...اسـتفاده میشـود. سـنگ گرانیـت در کشـور مـا فـراوان اسـت. برخی از گرانیتهـا حـاوی اورانیماند؛ بـه همین دلیل سـنگ شناسان معتقدند از آنها نباید در نمای سـاختمان به ویژه نمای داخلی بناها اسـتفاده شود. به نظر شما علت این توصیه چیست؟ به چه دالیلی از گرانیت و گابرو در نمای ساختمانها استفاده میشود؟ فکرکنید شکل ۳ـ الف( بنای یادبود گرانیتی ب( پله گرانیتی شکل ۴ـ تشکیل سنگهای رسوبی فرسایش و حمل مواد به وسیله آب، باد و یخ حمل و رسوبگذاری در دریا دفن مواد و تبدیل شدن به سنگهای رسوبی الف( ب( 108
ب( سنگ رسوبی فسیل دار به سنگهای رسوبی زیر نگاه کنید و دو مورد از ویژگیهای آنها را بگویید. شکل ۵ـ الف( سنگ رسوبی الیه الیه 109
سنگهای رسوبی به روشهای مختلف تشکیل میشوند. در سال گذشته خواندید که به دلیل وجود مواد آهکی داخل آب سماور، پس از مدتی رسوب آهکی در سماور یا کتری تشکیل میشود. گروهی از سـنگهای رسـوبی در اثر واکنشهای شـیمیایی بهوجود میآیند؛ مانند قندیلهای داخل ٔ چشمههای آهکی دیده میشوند. غارهای آهکی )شکل ۶ـالف( یا سنگ تراورتن که در دهانه برخی از سنگهای رسوبی در دریاچههای گرم و کم عمق و در اثر تبخیر آب دریاچه بهدست میآیند )شکل ۶ـب( و سنگهای رسوبی تبخیری را بهوجود میآورند. آیا میتوانید نام دو سنگ رسوبی تبخیری را بنویسید؟ ب( دریاچه کم عمق حوض سلطان استان قم شکل ۶ـ الف( قندیلهای غار کتله خور استان زنجان 110
بعضـی از سـنگهای رسـوبی حاصـل اجتمـاع بقایـای جانـداران در حوضههای رسـوبی اسـت. زغال سـنگ به این شـیوه تشـکیل میشـود. برخی مواد فرسـایش یافتهای که با آب رودخانه جابهجا میشـوند ً طوالنی، در محلهایـی کـه شـرایط رسـوبگذاری آماده باشـد، ته نشـین میشـوند و پـس از مدت نسـبتا سنگهای رسوبی آواری را بهوجود میآورند )شکل ۷ـ الف و ب(. شکل ۷ـ الف( سنگ کنگلومرا ب( ماسه سنگ ّ ه به شکل باال تفاوت و تشابه دو سنگ کنگلومرا و ماسه سنگ را بگویید. با توج فکرکنید ّ یت فراوانی در زندگی ما دارند. ذخایر نفت، گاز و زغال سنگ در سنگهای رسوبی سنگهای رسوبی اهم تشکیل میشوند. از سنگهای آهکی و تراورتن در ساختمان سازی استفاده میشود. ّ ایـی نیز از ٔ گـچ و سـیمان بن از ماسـه سـنگ در پـل سـازی و جـاده سـازی بهـره میگیرنـد. بـرای تهیـه ٔ زمین استفاده سـنگهای رسـوبی استفاده میشود. از فسیلهای سـنگهای رسوبی در بازسازی گذشته میشود. برخی از عناصر فلزی مانند آلومینیم و آهن از سنگهای رسوبی استخراج میشوند. سنگهای دگرگونی ّ ایی مراحل زیر طی میشود. ٔ آجر بن ّه برای تهی ۱ـ ابتدا خاک رس را با آب مخلوط میکنند و گل رس میسازند. ۲ـ گل رس را در قالبهای مخصوص آجر میریزند و می ِ گذارند تا خشک شود تا به خشت خام تبدیل گردد. ۳ـ خشت خام را در کوره قرار میدهند و حدود ده روز حرارت میدهند تا به آجر تبدیل شود. 111
۱ـ اگـر خشـت خـام و آجـر را در آب بیندازیـم، چـه تغییـری در آنهـا روی میدهد؟ آنهـا را با هم مقایسه کنید. ۲ـ چه عاملی باعث تغییر خشت خام به آجر شده است؟ ۳ـ این تغییر را با دگرگونی سنگها مقایسه کنید و نتیجه را برای همکالسان خود بگویید. فکرکنید ٔ آجر اسـت با این تفاوت که عالوه بر حرارت، ممکن است فرایند دگرگونی سـنگها، شـبیه فرایند تهیه عامل فشـار و محلولهای داغ نیز در دگرگونی سـنگها نقش داشـته باشـد. بنابراین سنگهای دگرگونی ً طوالنی، تحت تأثیر گرما، فشـار و محلولهای داغ درون گروهی از سـنگها هسـتند که طی مدت نسـبتا زمین تشکیل شده اند. در فرایند دگرگونی، گرما به حدی نیست که سنگها را ذوب کند؛ بلکه همانگونه کـه خشـت خـام در حالـت جامد به آجر تبدیل میشـود، سـنگهای اولیه نیـز تحت تأثیر همیـن عوامل به سنگ دگرگونی تبدیل میشوند؛ مانند تبدیل سنگ آهک به مرمر )شکل ۸ ـ الف و ب(. اطالعات جمعآوری کنید ٔ میزان اسـتحکام سـنگهای دگرگونی اطالعاتی جمعآوری کنید و به پرسـشهای زیر درباره پاسخ دهید. ۱ــ استحکام سنگهای رسوبی بیشتر است یا سنگهای دگرگونی؟ ۲ــ چه عواملی باعث استحکام سنگهای دگرگونی میشود؟ ب( سنگ مرمر دگرگونی شکل ۸ـ الف( سنگ آهک 112
ً سـنگهای دگرگونـی در زندگی مـا کاربردهای فراوانی دارند. برخی از آنها به علت زیبایی و اسـتحکام ً زیاد در مجسمه سازی و نمای ساختمان کاربرد دارند. کف و نمای داخلی مکانهای زیارتی معموال نسبتا با سنگ مرمر تزئین میشود )شکل ۹ .)بعضی از کانیهای موجود در سنگهای دگرگونی نیز کاربردهای متعدد و فراوانی در زندگی ما دارند. نوک مداد شـما، کانی گرافیت اسـت که از دگرگونی نوعی زغال سـنگ تشکیل شده است. شکل ۹ـ حرم امام رضا )ع( )سنگ مرمر( 113
ً محکم و سـختاند؛ اما بهرغم سـختی زیادشـان بهمرور زمان خرد، و به قطعات سـنگها معموال ریزتـر تبدیـل میشـوند. این تغییرات خود موهبتی اسـت که امکان زیسـتن در سـطح زمیـن را برای ما فراهم کرده است. آیا میدانید اگر این تغییرات نبود، چه مشکالتی برای زیستن در سطح زمین وجود داشت؟ آیا میتوانید سطح زمین را بدون خاک تصور کنید؟ آیا زیستن در سطح زمین بدون وجود خاک میسر است؟ هوازدگی فصل 13 سنگ ها چگونه تغییر می کنند؟ عوامل مختلفی سـنگهای روی کوهها، صخرهها و سـاختمانها را در گذر زمان دچار تغییر میکند. آیا میدانید سنگها چگونه میشکنند و خرد میشوند؟ 114
ٔ سقوط ب( سنگ در آستانه شـکل ۲ـ چگونـه رودخانهها باعث تغییر شـکل سطح زمین میشوند؟ )سیروان رود ـ کردستان( شکل زیر مربوط به دو کوه است. مقدار فرسایش آنها را با هم مقایسه کنید. فکرکنید الف(کوه پیر ب(کوه جوان شـکل ۱ـ الف(سـنگ در حال تخریب 115
هوازدگی فیزیکی هوازدگـی سـنگها باعـث خـرد شـدن آنها میشـود و قطعـات حاصـل از هوازدگی به سـادگی جابهجا ّ ات را عواملی مثل باد، آب، یخچال و... از بالی کوه به پایین میشوند )شکل ۱ـ الف(. این قطعات و ذر منتقل میکنند. یک سنگ ممکن است در طول زمان به صورتهای مختلف دچار تغییرات شود. داخـل یـک بطـری کوچک یک بار مصرف، مقدار معینـی آب بریزید و آن را داخل فریزر قرار دهید تا آب داخل آن یخ بزند؛ سـپس حجم یخ داخل بطری را مشـخص کنید و به پرسشهای زیر پاسخ دهید. ١ــ حجم یخ داخل بطری را با حجم آب اولیه مقایسه کنید. ٢ــ مقدار تغییر حجم آن را مشخص کنید. ٣ــ بهنظر شما یخ زدن آب در طبیعت چگونه باعث خرد شدن سنگها میشود؟ فعالیت شکل ۳ـ مراحل هوازدگی سنگها ب( الف( یخزدن و افزایش حجم آن ذوب یخ پ( یخزدن دوباره ت( خردشدن سنگ ٔ آب و افزایش حجم آن در شکل 3 مراحل هوازدگی سنگها در اثر یخ زدن آب در درز و شکاف سنگها نشان داده شده است. 116
عواملی در طبیعت وجود دارند که باعث خرد شدن سنگها به قطعات کوچکتر میشوند بهطوریکه ترکیب شیمیایی آنها تغییر نمیکند. آیا میتوانید چند مورد از این عوامل را نام ببرید؟ همانطور که میدانید سـنگها را جریان آب رودخانه جابهجا میکند و هنگام حرکت به هم برخورد میکنند. به نظر شما در اثر برخورد قطعات چه تغییراتی در آنها رخ میدهد؟ اگر بخواهید نوع هوازدگی نشان داده شده در شکل 3 را نامگذاری کنید، آن را فیزیکی مینامید یا شیمیایی؟ فکرکنید شکل ۴ـ خرد شدن سنگ توسط ریشه گیاه جانداران از عوامل مؤثر در هوازدگی بهشمار میروند. گیاهان از طریق رشد ریشه در شکاف سنگها باعث خرد شدن آنها میشوند )شکل ۴ .) جانوران چگونه میتوانند باعث هوازدگی فیزیکی شوند؟ فکرکنید 117
گفتوگوکنید باد چگونه باعث هوازدگی فیزیکی میشود؟ در سـالهای قبل آموختید که سـنگهای رسـوبی الیـه الیهاند و سـنگهای زیرین تحت فشـار وزن الیههـای باالیـی قرار دارنـد. اگر در اثر فرسـایش سـنگهای باالیی، فشـار از روی الیههـای زیریـن برداشـته شـود، سـنگهای زیریـن بـه دلیـل انبسـاط ورقـه ورقـه میگردند و شـبیه پوسـت پیـاز از هم جـدا میشـوند. این نـوع هوازدگی در نقاط مختلف کشـورمان دیده میشود )شکل ۵.) شکل ۵ـ هوازدگی سنگها شکل ۶ـ نقش باد در هوازدگی هوازدگیشیمیایی ٔ سـاعت، مقـداری هیدروکلریکاسـید، وسـایل ومـواد: یـک عـدد شیشـه قطرهچکان، یک قطعه سنگ آهک، یک قطعه سنگ گرانیت، ذرهبین روشاجرا ــ ابتدا سنگها را با ذره بین مشاهده کنید. فعالیت 118
ٔ تخممرغ که از جنس کلسـیمکربنات اسـت، با سـرکه همانطـور کـه در سـال قبـل آموختید، پوسـته واکنش میدهد و بهصورت نمک محلول در میآید. برهمین اساس آب باران که دارای کربن دی اکسید اسـت در زمینهـای آهکـی نفـوذ میکنـد و بـا انحالل سـنگهای آهکی غارهـا را بهوجود مـیآورد. این عمل، نوعی هوازدگی شـیمیایی محسـوب میشود. در هوازدگی شـیمیایی، ترکیب شیمیایی سنگ عوض میشود؛ مانند تبدیل سنگ به خاک. ٔ قطرهچکان چند ــ سنگها را روی شیشۀ ساعت قرار دهید. روی هر قطعه سنگ بهوسیله قطره اسید )سرکه و یا هیدروکلریدریک اسید رقیق( بریزید. چه مشاهده میکنید. بعد از چند دقیقه ٔ آنها با یکدیگر، نتیجهگیری کنید. سنگها را با ذره بین مشاهده، و بعد از مقایسه گفت وگوکنید دربارۀ محاسن و معایب هوازدگی در گروه خود بحث کنید. به نظر شما در استان گیالن خاک بیشتری تشکیل میشود یا در استان کرمان؟ دلیل خود را بگویید. آهن بهطور خالص در طبیعت یافت نمیشود و همیشه بهصورت آهن اکسید آیا می دانید؟ اسـت؛ ولی سـنگهای آسـمانی که به زمین برخورد کردهاند، دارای آهن خالصاند چون با اکسـیژن در تماس نبودهاند. فرسایش در اثر هوازدگی، سنگها به قطعات ریزتر تبدیل میشوند و عواملی مانند آبهای جاری، باد، یخچال ٔ بسـتر رودخانه که ممکن اسـت از بلندترین یا نیروی جاذبه آنها را جابهجا میکند؛ مانند ذرات شـن و ماسـه قلههای کوهها آمده باشند یا تپههای ماسهای نواحی بیابانی که ممکن است دهها کیلومتر جابهجا شوند. سـنگها را عوامـل حمـل، جابهجـا میکننـد و در اثـر برخورد به همدیگـر خرد و به قطعـات کوچکتر تبدیل میشـوند. هرچه مسـافت حمل و نقل بیشـتر باشـد، ذرات لبههای تیز خود را از دسـت میدهند و گردتر میشوند. ِهشتههایی )رسوباتی( که یخچالها حمل میکنند، مثل کشمشهایی هستند که داخل کیک بههم ن ً زاویهدار هستند. برخورد نمیکنند و فقط روی زمین کشیده میشوند که معموال 119
با دقت به شکلهای زیر نگاه کنید. کدام یک از این سنگها را یخچال حمل کرده است؟ چرا؟ فکرکنید الف ( قطعه سنگ زاویه دار ب( قطعه سنگ گرد شکل ۷ـ مراحل هوازدگی و فرسایش سنگها وقتی رودخانه نهشـتهها را به طرف دریاچه یا دریا حمل میکند، پس از اینکه این ذرات به داخل دریا ٔ رسوبی را بهوجود رسـیدند براسـاس اندازه تهنشـین میشوند )ابتدا ذرات درشت، سپس ذرات ریزتر( و الیه میآورند )شکل ۸ .) )۱ )۲ )۳ شکل ۸ـ رسوبگذاری در بستر دریا 120 1 2 3 4
تغییر شکل سنگها، ممکن است میلیونها سال به طول انجامد. مگر اینکه آیا میدانید؟ یک انفجار ناگهانی در کوه آتشفشان اتفاق بیفتد. ٔ سنگ چرخه ٔ سـنگ چیسـت؟ چگونه نهشـتهها و سـنگهای قدیمی به سـنگهای جدید تبدیل میشوند؟ چرخه ذرات حمـل شـده بـه داخـل دریاها و دریاچهها، پس از گذشـت سـالهای زیـاد بههم متصل میشـوند و سـنگهای رسـوبی جدیدی را پدید میآورند. برخی از سـنگها از انجماد مواد مذاب تشـکیل میشـوند و بعضی در اثر گرما و فشار پدید میآیند. ٔ آنها، پیوسته دچار تغییر میشوند. این تغییرات در اندازه و ترکیب سنگها و کانیهای تشکیل دهنده ٔ زمیـن در اثر آنهـا بهطـور آهسـته و پیوسـته اتفـاق میافتد. مطابق شـکل زیر، سـنگهای موجـود در کره فرایندهـای مختلـف ماننـد هوازدگـی، انجمـاد مـواد مـذاب و دگرگونی به یکدیگـر تبدیل میشـوند. به این ٔ سنگ شامل مجموعه این تغییرات است. ٔ سنگ گفته میشود. چرخه تغییرات چرخه ٔ سنگ شکل ۹ـ چرخه هوازدگی حملونقل رسوبگذاری رسوبات سنگیشدگی سنگهای رسوبی سنگهای دگرگونی ذوب تبلور انجماد ماگما سنگ آذرین درونی سنگ آذرین بیرونی دگرگونی 121
معمـاران ایـران زمیـن در بناهایـی کـه میسـاختند، بسـیار هنرمندانـه از نـور و ویژگیهـای آن استفاده میکردند. دریاچههـای آبـی رنـگ، جنگلهـای سـبز، ابرهای سـفید، غروب سـرخ رنگ خورشـید بـرای هر ٔ بخشی از علوم به نام نورشناسی، که رفتار شخصی که آنها را میبیند، لذتبخش است؛ ولی با مطالعه نور را بررسی میکند، میتوان به شناخت بهتری از دنیای قابل مشاهده دست یافت. نور وویژگی های آن فصل ۱۴ چشمه های نور ٔ نور)منبعنور( نامیده میشود. خورشید، هر جسمی که از خود نور تولید میکند، جسممنیر یا چشمه 122
المپ روشن و هر جسم شعلهور، مانند شمع روشن، نمونههایی از ٔ نورند؛ اما جسـمهایی مانند مداد، کتاب و بیشـتر چیزهایی چشـمه که در اطرافمان میبینیم از خود نور مرئی تولید و منتشر نمیکنند و به همین دلیل جسم غیر منیر نامیده میشوند. جسـمهای غیرمنیـر، نـوری را کـه از چشـمههای نـور مرئـی بـه آنهـا تابیده میشـود به طرف چشـم مـا بازمیتابانند و مـا آنها را میبینیم )شکل ۱.) خورشـید و المـپ روشـنی کـه زیر نـور آنهـا مطالعـه میکنیم، ٔ نورنـد؛ همچنیـن سـتارگانی که در ٔ گسـترده نمونههایـی از چشـمه ً دوری ٔ نسبتا آسمان شب میدرخشند یا المپ روشنی که در فاصله از ما قرار دارد، از جمله چشمههای نقطهای نورند. نور چگونه منتشر می شود؟ وقتی نور از شـکاف میان یک یا چند جسـم کدر عبور میکند، ٔ نوری تشـکیل میدهد )شـکل ۲ .) مسـیر نـور روی زمیـن، باریکه ٔ نوری که تشکیل میشود، هرچه عرض شکاف کمتر باشد، باریکه نازکتر خواهد بود. آزمایش کنید ٔ نور هدف آزمایش: ایجاد باریکه موادووسایل: چراغ قوه، یک تکه مقوا، نوارچسب روشاجرا ٔ چراغقوه از مقوا جدا کنید. ٔ سطح شیشه ۱ـ دایرهای به اندازه ۲ـ شکافی به عرض یک تا دو میلیمتر مطابق شکل الف روی مقوا ایجاد کنید. ٔ چراغقوه با نوارچسب نصب کنید تا آن ۳ـ مقوای شکافدار را بر دهانه را بهطور کامل بپوشاند. ٔ میز ً تاریـک، چراغ قـوه را مطابق شـکل ب در لبه ۴ـ در مکانـی نسـبتا ٔ نور بر سطح میز تشکیل میشود. نگهدارید و آن را روشن کنید. باریکه شـکل ۱ـ هرگاه از جسمی، نوری وارد چشم ما شود آن را میبینیم. چشـمههای نـور را میبینیم؛ زیرا از خود نور تولید میکنند. اجسـام غیرمنیر را میبینیم؛ زیرا آنها نور را بازمیتابانند. شـکل ۲ـ مسـیر نوری که از شـکاف بین دو ٔ نور تشکیل سنگ گذشته، روی زمین باریکه داده است. مقوا شکاف الف( ب( 123
ٔ نـوری را که بتوان تصور نازکتریـن باریکه ٔ نـور در کـرد، پرتـونـور نامیـده میشـود. هـر باریکـه عمـل از تعـداد بیشـماری پرتو نور موازی تشـکیل شـده اسـت )شـکل ۳ـ الـف(. هرچنـد هرگـز نمیتـوان پرتوهـای نـور را بهطور جداگانه ایجاد کرد ولی در مبحث نورشناسی، الگوی پرتو نور برای نمایش مسیر نور روی کاغذ بسیار مفید است. ٔ نـور میتواند شـامل مجموعـهای از بهطـور کلـی یـک باریکه پرتوهای موازی، واگرا و همگرا باشد )شکل ٣ــ ب، پ و ت( ٔ ما نشـان میدهد که نور در تجربههـای روزانـه خط راست منتشر میشود؛ برای مثال پرتوهای نور خورشـید وقتی از البهالی شـاخ و بـرگ درختان به زمین میرسـند، نشـانگر این اسـت که نـور در خط راست منتشر میشود )شکل ۴ .) آزمایشـی طراحـی و اجـرا کنید که بـه کمک آن بتوان نشـان داد نور در خط راست منتشر میشود. فعالیت ٔ مناسـب برای شـکل ۳ـ الف(لیـزر مدادی وسـیله ٔ نور، امروزه این لیزرها را به سادگی و با تولید باریکه قیمت مناسب میتوان تهیه کرد. شـکل ۴ـ روی شـکل چنـد پرتـو فرضی نـور را با خط راسـت و پیکانی روی آن، که جهت انتشار نور را مشخص میکند، نشان دادهایم. پرتو نور باریکۀ نور ٔ نورایجادشـدهرا بهطرفچشـمخودیادیگران هنـگام کاربـا لیزر، هیچ گاهباریکه نگیرید. نگاه کردنمستقیم به نورلیزرمی تواند آسیب جدی به چشم وارد کند. ٔ نور شامل پرتوهای )ب( موازی، )پ( واگرا و )ت( همگرا شکل ۳ـ باریکه پرتو نور )ب( )پ( )ت( 124
دوربین روزنهای، یکی از ابتداییترین دوربینهاست که نزدیک به ۵۰۰ سال آیا میدانید؟ ٔ تصویر استفاده میشد. پیش ساخته شد. در این دوربین در واقع از انتشار نور در خط راست برای تهیه ٔ کوچکی ایجاد شـده است و مقابل دوربین روزنهای شـامل جعبهای اسـت که در یک سـمت آن روزنه ٔ کاغذ نیمشـفاف )کاغذپوسـتی( قرار دارد )شـکل زیر(. شـما نیـز میتوانید یک ایـن روزنه یک صفحه دوربین روزنهای بسازید و تصویری از اشیا و مناظر اطراف روی کاغذ پوستی تشکیل دهید. تصویر روزنه کاغذ نیمشفاف جسم سایه چگونه تشکیل می شود؟ الف( چند جسـم مسـطح کـدر را بهطـور جداگانه مقابل یک المپ یا شـمع ٔ تشـکیل شـده توسـط هرکدام روی پـرده )یا دیـوار کالس( که همراسـتا با روشـن بگیریـد و به سـایه ٔ هر جسم با خود جسم مشابه است؟ برای پاسخ خود صفحه جسم باشد، توجه کنید. آیا شکل سایه دلیل کافی به کالس درس ارائه دهید. ٔ شیشـهای تمیز و یک کاغذ پوسـتی به یک شـمع یا المپ ب( از پشـت یک تکه مقوا، یک ورقه روشن نگاه، و نتیجه را به کالس درس گزارش کنید. فعالیت برخی اجسام مانند شیشه و آب، نور را از خود عبور میدهند و بسیاری دیگر مانند چوب، سنگ و مقوا جلوی عبور نور را میگیرند. به جسـمهایی که نور از آنها عبور میکند، جسـمشـفاف و به جسـمهایی که مانع عبور نور میشوند، جسم کدرمیگویند؛ همچنین به جسمهایی مانند کاغذ پوستی، که تنها بخشی از نور تابیده شده را عبور میدهند و از پشت آنها اجسام بهوضوح دیده نمیشوند، جسم نیمه شفاف گفته میشود. ٔ نور قرار گیرد در پشـت جسـم، فضای تاریکی ایجاد میشود که هرگاه جسـم کدری مقابل یک چشـمه به آن سایه میگویند. ٔ نور نقطهای باشد یا مطابق شکل ٔ نور بستگی دارد. اگر چشمه وضوح سایه در مرز آن به ابعاد چشمه 125
توضیح دهید چگونه تشکیل سایه میتواند دلیل انتشار نور به خط راست باشد. فکرکنید یکی از تماشاییترین سایهها را روی زمین وقتی میبینیم که ماه از فضای بین زمین و خورشید عبور کند و هرسـه در یک راسـتا قرارگیرند؛ این حالت، خورشـیدگرفتگی )کسـوف( نامیده میشـود. شکل ۶ هر ٔ زیبای خورشیدگرفتگی را نشان میدهد. چند با مقیاس مناسبی رسم نشده است، پدیده شکل ۶ ـ کسوف: مردمی که در ناحیۀ مرکزی سایه زندگی میکنند، هیچ نوری از خورشید به آنها نمیرسد. ناحیۀ مرکزی سایه زمین نیمسایۀ ماه ماه ٔ نور قرار دهیم، سـایهای با مرزهای واضح ٔ کوچک را بین جسـم و چشـمه ٔ کدر با روزنه ۵ــ الف یک صفحه روی پرده تشکیل میشود. در غیر اینصورت، عالوه بر آن نیمسایهای نیز روی پرده تشکیل میشود. سایه با مرز مشخص سایه شـکل ۵ــ الف( چشمههای کوچک یا نقطهای، سایهای با مرز مشـخص از جسم کدر روی پرده تشکیل میدهند. ٔ گسـترده، سایه و ب( چشـمه نیمسـایه از جسـم کـدر روی پرده تشکیل میدهد. روزنه ٔ کدر صفحه المپ نیمسایه پرده 126
بازتاب نور تـا اینجـا آموختید که چشـمههای نور مانند خورشـید، ٔ شـمع بـه این دلیـل دیده میشـوند المـپ روشـن و شـعله که نور ایجاد شـده توسـط آنها بهطور مسـتقیم به چشم ما میرسد؛ همچنین اجسام غیرمنیر هنگامی دیده میشوند ٔ نـور مانند المپ روشـن از سـطح آنها کـه نـور یک چشـمه برگردد و به چشم ما برسد )شکل ۸ .) برگشت نور از سطح اجسام را بازتاب نور مینامند. ٔ طبیعی دیگری اسـت که وقتی زمین بین ماه و خورشـید قرار میگیرد و با ٔ ماهگرفتگی یا خسـوف پدیده آنها در یک جهت باشـد، رخ میدهد )شـکل ۷ .)هنگام ماهگرفتگی نور خورشـید به ماه نمیرسـد و سـایه زمین روی ماه میافتد. ٔ خورشـیدگرفتگی را افراد بیشـتری میبینند یا بـا توجـه به شـکلهای ۶ و ۷ توضیح دهید پدیده ٔ ماهگرفتگی را؟ پدیده فکرکنید ٔ جغرافیایی )زمین( و یک بـه کمـک یک توپ تنیس روی میز )ماه( یک کره المپ )خورشید(، آزمایش سادهای برای نمایش پدیدههای خسوف و کسوف طراحی و اجرا کنید. فعالیت شکل ۷ـ خسوف این پرتو وارد چشم می شود. شـکل ۸ ـ پرتوهایـی کـه پـس از بازتـاب از سـطح جسـم به چشـم مـا میرسـند، سـبب دیده شـدن جسم میشوند. این پرتو از سطح جسم باز میتابد. ماه زمین نیمسایه زمین سایه زمین هیـچ گاه حتـیهنـگام خورشـیدگرفتگی،بـدونمحافظایمنیچشـم، کـه به همین ٔ شدید منظورساخته می شودبه خورشید نگاهنکنید.تماشایمستقیم خورشید،صدمه و جبران ناپذیری به چشم واردمی کند. 127
ٔ پرتوهای موازی را که به آن ً صاف و هموار باشـد، همه ٔ تخت، کامال اگر سـطح یک جسـم، مانند آینه میتابند بهصورت پرتوهای موازی بازمیتاباند )شکل ۹ .)این بازتاب را بازتاب منظم مینامند. سطح بسیاری از اجسامی که در اطراف ما وجود دارند، ناصاف است. حتی اگر با میکروسکوپ، سطح ٔ کاغذ یا مقوا را مشـاهده کنیم برخالف تصور ما، بسـیار ناهموار اسـت )شـکل ۱۰ـ الف(؛ بنابراین یک ورقه وقتی یک دسته پرتو موازی نور به سطح صفحه میتابد در جهتهای مختلف و بهطور نامنظم بازمیتابند )شکل ۱۰ـ ب( این بازتاب را بازتاب نامنظم مینامند. قانون بازتاب نور ٔ تخت نشان شـکل ۱۱ بازتاب یک پرتو نور را از سـطح یک آینه ٔ تابـش بـا خطچیـن نشـان میدهـد. خـط عمـود بـر آینـه در نقطـه ٔ تابش و ٔ بین پرتو تابش و خط عمـود را زاویه دادهشـده اسـت. زاویـه ٔ بازتاب مینامند. ٔ بین پرتو بازتاب و خط عمود را زاویه ٔ زاویه بـرای تمامـی سـطوحی کـه نـور را بازمیتاباننـد از جملـه آینـه تخت، قانونی به نامقانون بازتاب نور وجود دارد. برای آشـنایی با این قانون ابتدا آزمایش مقابل را انجام دهید. ً تاریک، ابتدا نور چـراغ قوه یا لیزر را به سـطح یک آینه و در یـک اتـاق نسـبتا سـپس به سـطح دیوار بتابانید، تفاوت بازتاب نور را از این دو سـطح باهم مقایسـه کنید. این فعالیت را ً صاف و دیگری با سطح چروکیده، انجام دهید. به کمک دو قطعه پوشبرگ، یکی با سطح کامال فعالیت شـکل ۹ـ بازتـاب منظـم از یک سـطح صاف و هموار پرتوهای بازتاب پرتوهای تابش )فرودی( پرتوهای بازتاب پرتوهای تابش )فرودی( شکل ۱۰ـ الف( تصویر میکروسکوپی از سطح کاغذ ب( بازتاب نامنظم )پخششده( از یک سطح ناهموار شکل ۱۱ـ بازتاب نور از آینۀ تخت آینه زاویۀ تابش خط عمود پرتو تابش زاویۀ بازتاب پرتو بازتاب 128
آزمایش کنید هدف آزمایش: بررسی قانون بازتاب نور ّ اله ٔ تخت کوچک، باریکهساز )مانند چراغقوه یا لیزر مدادی(، مقوا و نق موادووسایل: آینه روشاجرا ۱ـ تصویری از نقالهای که در اختیار دارید، روی یک مقوا به دقت رسم کنید. ۲ـ آینه را عمود بر مقوا و مماس بر سطح صاف نقاله قرار دهید. ٔ تابش دلخواهی به آینه بتابانید بهطوری که پرتو بازتاب بر سـطح مقوا دیده ٔ نور با زاویه ۳ـ باریکه ٔ B )را باهم مقایسـه ٔ A )و بازتاب )زاویه شـود )شـکل الـف(. در ایـن وضعیت زاویههای تابش )زاویـه کنید. آیا این دو زاویه با هم برابرند؟ ً ۱۰ ،۲۰ ،۳۰ ،۴۵ و ۶۰ درجه( تکرار کنید و ٔ تابش دیگـر )مثلا ۴ـ آزمایـش را بـه ازای چنـد زاویـه نتیجه را در گروه خود به بحث بگذارید. الف( )ب A O B O تصویر نقاله آینه A با انجام دادن آزمایش باال به این نتیجه میرسیم که زاویههای تابش و بازتاب باهم برابرند. این نتیجه به قانون بازتاب نور موسوم است. 129
ٔ تخت تصویر درآینه ٔ تخت، که سطحی صاف و صیقلی آیا تاکنون به این موضوع فکر کردهاید که تصویر یک جسم در آینه دارد، چگونه تشکیل میشود؟ ٔ آن به آینـه میتابند. این ٔ تخت قـرار میگیرد، پرتوهای نـور از هر نقطه وقتـی جسـمی مقابـل یـک آینه پرتوها پس از بازتاب از آینه به چشـم ما میرسـند و سـبب دیده شـدن جسـم در آینه میشـوند )شکل ۱۲ .) ٔ تخت تشکیل میشود، شبیه جسم است و بهنظر میرسد، پشت آینه قرار دارد. از آنجا تصویری که در آینه ٔ تخت، تصویر مجازی است. که میدانیم پشت آینه چیزی نیست، میگوییم تصویر تشکیل شده در آینه خود را بیازمایید ٔ تخت تابیده در هریک از شـکلهای زیر پرتو نوری نشـان داده شـده اسـت که به سطح یک آینه است. با توجه به قانون بازتاب نور، پرتو بازتاب را از هر آینه رسم کنید. ۸۰° ۹۰° ۷۵° شکل ۱۲ـ چگونگی تشکیل تصویر در آینۀ تخت. برای سادگی تنها دو پرتو که از جسم به آینه تابیده و بازتاب یافتهاند، نشان داده شده است. جسم آینۀ تخت محل تصویر تشکیل شده توسط آینه چون پرتوهای نور در خط راست حرکت میکنند، چشم پرتوهای آمده از یک نقطه از پشت آینه را میبیند. قانون بازتاب نور آیا میدانید؟ ٔ سطوح، حتی اگر بسیار ناهموار برای همه باشند، نیز برقرار است. شکل روبهرو تصویر بزرگ شدهای از یک سطح ناهموار، مانند کاغذ را نشان میدهد. 130
الـف( آزمایشـی طراحـی و اجـرا کنیـد ٔ تخت با ٔ جسـم از آینه کـه بـه کمک آن بتوان نشـان داد فاصله ٔ تصویر از آینه برابر است. فاصله ب( برای دیدن اجسـامی که پشـت یک مانع قـرار دارند از وسـیلهای بهنام پیرابین یا پیرامون نما استفاده میشود. شکل روبهرو طرحی ساده از یک پیرابـین را نشان میدهد که شامل ٔ تخت است که نسبت به یکدیگر موازیاند. دو آینه پـس از چنـد بـار بازتـاب، پرتوهـای نـور بـه چشـم ناظـر میرسند؟ یک کاربرد پیرابـین را نام ببرید. فعالیت آینه های کروی ٔ جسـم اسـت ٔ تخت، تصویری تشـکیل میدهد که درسـت به همان اندازه همانطـور کـه دیدیـم، آینـه )شکل ۱۳ـ الف(. ولی در موارد زیادی الزم است تصویر نسبت به جسم، بزرگتر یا کوچکتر باشد )شکل ۱۳ـ ب و پ(. ٔ آینههایی که مطابق شـکل ۱۳ـ ب و پ تصویری بزرگتر یا کوچکتر از جسـم تشـکیل میدهند، آینه کروی نامیده میشـوند. سـطح این آینهها، قسـمتی از سـطح یک کره است )شکل ١۴ .)اگر سطح بیرونی ٔ نور خواهد بود. ٔ نازکی از جیوه بپوشانیم، سطح درونی آن صیقلی و بازتابدهنده ٔ کروی را با الیه یک پوسته ٔ کوژ ٔ تخت پ( آینه الف( آینه مانع کدر ٔ کاو ب( آینه شکل ۱۳ـ به ویژگیهای تصویر در هرکدام از آینهها توجه کنید. 131
آزمایش کنید ٔ کاو هدف آزمایش: یافتن کانون آینه ٔ کاغذ ٔ کاو و یک تکه مقوا یا ورقه موادووسایل: آینه روشاجرا ٔ کاو را مقابل پرتوهای نور خورشید بگیرید. ۱ــ آینه ٔ روشنی روی آن مشاهده کنید. ۲ــ صفحه کاغذ را جلوی آینه جابهجا کنید تا لکه ۳ــ صفحـه کاغـذ را به آرامـی حرکت دهید ٔ کاغذ، ٔ نورانی تشـکیل شـده روی صفحه تا لکه ٔ بـه بیشـترین درخشـندگی و کوچکترین اندازه ممکـن برسـد. در ایـن حالـت تصویـر حقیقـی ٔ کاو خورشـید روی سـطح کاغذ و در کانون آینه تشکیل شده است. شکل 1۴ـ آینههای کروی، قسمت کوچکی از سطح یک کره توخالی هستند. شکل 1۵ـالف( آینۀ کاو ب( آینۀ کوژ محل تصویر )کانون آینۀ کاو( جسم )در فاصله خیلی دور( آینۀ کاو ٔ کروی ٔ مقعر یا کاومیگویند )شکل ١۵-الف(؛ همچنین اگر سطح درونی پوسته در این صورت به آن، آینه ٔ محدب یا کوژ گفته میشود )شکل ١۵-ب(. در آینههای کوژ ٔ نازکی از جیوه بپوشانیم به آن، آینه را با الیه ٔ نور است. سطح بیرونی یا برآمده، صیقلی و بازتاب دهنده سطح درونی کره سطح درونی آینه، جیوه اندود شده است. سطح بیرونی آینه، جیوه اندود شده است. سطح بیرونی کره پوسته کروی ٔ نور سطح صیقلی و بازتاب دهنده ب( الف( آینه های کاو 132
ٔ آزمایش باال را به کمک پرتوهای نور نشـان دهیم، میتوان گفت هرگاه جسـمی اگـر بخواهیـم نتیجـه ٔ دوری از یـک آینه قرار داشـته باشـد، پرتوهایی که از آن جسـم به سـطح آینـه میتابند با یکدیگر در فاصلـه ٔ کاو، همگرا میشـوند و یکدیگر را در نقطهای به نام کانون آینه موازیاند. این پرتوها پس از بازتاب از آینه قطع میکند )شکل 16 .) ٔ آینههـای کاو کاربردهـای فراوانی دارند؛ برای مثال دندانپزشـکان برای دیـدن لکههای دندان از آینه کاو اسـتفاده میکننـد. بـرای ایـن کار، آینه را طوری پشـت دندانها قـرار میدهند که دنـدان موردنظر در ٔ بیـن آینـه و کانون آینه قرار گیرد. در این حالت تصویری مجازی و بزرگتر از دندان در آینه تشـکیل فاصلـه ٔ کاو، وقتی جسـم خارج از کانـون آینه قرار میشـود )شـکل 17 .)بـرای بررسـی ویژگیهای تصویـر در آینه دارد، آزمایشی را که در ادامه آمده است، انجام دهید. شکل 16ـ آینۀ کاو و کانون آن شکل 17ـ وقتی جسمی بین آینه و کانون آینۀ کاو باشد، همواره تصویری مجازی و بزرگتر درآینه تشکیل میشود. پرتوهایی که از یک جسم دور به طرف آینه میآیند با یکدیگر موازیاند. کانون آینۀ کاو تصویر جسم خیلی دور توجـه: اگـر بخواهیـد این آزمایش را در کالس انجام دهید، میتوانید آزمایشـی را مطابق شـکل انجام دهید. پرده را آن قدر جابهجا کنید تا تصویر واضحی از جسـم خیلی دور روی آن تشـکیل شـود. در این حالت میتوان گفت تصویر حقیقی با تقریب خوبی در کانون آینه تشکیل شده است. 133
آینه های کوژ ٔ کوژ وقتـی پرتوهای موازی نور به سـطح یـک آینه بتابنـد، پـس از بازتـاب از آینـه از یکدیگـر دور یـا واگـرا میشـوند. امتـداد این پرتوها در پشـت آینـه یکدیگر را ٔ قطع میکنند )شکل 18 .)به این نقطه کانون مجازی ٔ کانون تا آینـه، فاصله ٔ کـوژ گفته میشـود. فاصله آینـه کانونی نامیده میشود. ٔ کوژی را در برابر صورت خود بگیرید و آن را به آرامی بهصورت خود دور آینه و نزدیک کنید. با توجه به ویژگیهای تصویر تشکیل شده در آینه، عبارت زیر را کامل کنید. تصویر در آینههای کوژ، همواره ......... از جسم، ......... و ......... است. فعالیت شکل 18ـ کانون در آینههای کوژ فاصلۀ کانونی کانون آینۀ کوژ آزمایش کنید ٔ کاو هدف آزمایش: تشکیل تصویر حقیقی در آینه ٔ کاو، شمع، پرده موادووسایل: آینه روشاجرا ۱ــ شمع روشنی را بین آینه و پرده قرار دهید. ۲ــ شـمع را آنقدر به آینه نزدیک کنید تا تصویر مجازی شـمع را در ٔ کانونی آینه قرار دارد. آینه ببینید؛ در این وضعیت شمع در فاصله ۳ــ اکنون شمع را به آرامی از آینه دور و به پرده نزدیک کنید. شمع را آن قدر جابهجا کنید تا تصویر واضحی از آن روی پرده تشکیل شود )شکل روبهرو(. به این تصویر که روی پرده دیده میشود، تصویر حقیقی میگوییم. ۴ــ ویژگیهـای تصویـر را در مقایسـه بـا جسـم بنویسید. آینۀ کاو شمع تصویر حقیقی شمع روی پرده 134
آینههای کوژ اغلب در وسایل نقلیه استفاده میشوند؛ همچنین از این آینهها در فروشگاههای بزرگ و پیچ تند جادهها اسـتفاده میشـود )شـکل زیر(. بهنظر شـما کدام ویژگی آینههای کوژ سبب کاربرد آنها در این موارد میشود؟ فکرکنید 135
هنگام حرکت مایل نور از یک محیط شـفاف به محیط شـفاف دیگر، مسـیر آن تغییر میکند. این پدیـده که شکسـت نور نامیده میشـود، جلوههای بسـیار زیبا و مهیجی در طبیعـت پیرامون بهوجود میآورد. شکست نور فصل ۱۵ شکست نور در فصل قبل با انتشـار نور در خط راسـت و تشـکیل تصویر در آینههای مختلف در اثر بازتاب نور آشـنا شدیم. در این فصل به آثار ناشی از شکست پرتوهای نور هنگام عبور از یک محیط شفاف به محیط شفاف دیگر خواهیم پرداخت )شکل 1 .) 136
آزمایش کنید ٔ شیشهای هدفآزمایش: بررسی شکست نور در یک تیغه ٔ شیشهای موادووسایل: چراغ قوه یا لیزر مدادی، تیغه روشاجرا ٔ نور ٔ شیشهای را روی سطح میز قرار دهید و باریکه ۱ـ تیغه ٔ را بهطور عمود بر یکی از وجوه آن بتابانید )شکل الف(. ٔ نـور پـس از عبـور از تیغـه ۲ـ بـا توجـه بـه مسـیر باریکـه ٔ نور را در شکل الف کامل کنید. ٔ شیشهای، امتداد باریکه ٔ ۳ـ آزمایـش را بـرای حالتـی کـه مطابـق شـکل ب تیغـه ّ ه به نتیجه شیشهای اندکی چرخیده است، انجام دهید. با توج ٔ نور را روی شکل ب کامل کنید. آزمایش، امتداد باریکه ٔ ٔ نور بهطـور عمود بر سـطح یک تیغه همانطـور کـه بـا انجـام دادن آزمایـش بـاال دیدید، وقتـی باریکه شیشـهای یا هر جسـم شـفاف دیگری بتابد، بدون شکست به مسـیر خود ادامه میدهد )شکل 2ـالف( در ٔ نور شکسـته شـود به آنشکسـتنورمیگویند)شـکل 2ـب(. این پدیده هنگام عبور حالی که اگر باریکه نور از یک محیط شفاف به محیط شفاف دیگر رخ میدهد. ٔ شیشـهای وارد هوا میشـود، دوباره ٔ نور از تیغه در آزمایشـی که انجام دادید، دیدید که وقتی باریکه ٔ نور از ّ ه شـود، این اسـت که وقتی باریکـه ٔ مهمـی که بایـد به آن توج شکسـته میشـود )شـکل ۳ .)نکتـه شیشـه )محیط غلیظ( بخواهد وارد هوا )محیط رقیق( شـود از خط عمود بر سـطح دور میشود. شکل 1ـ هنگامی که نور به یک محیط شفاف وارد یا از آن خارج میشود در اثر شکست نور، اثرهای جالبی پدید میآید. تیغۀ شیشهای لیزر مدادی )الف( )ب( 137
شکل ۲ـ الف( هرگاه باریکۀ نور بهطور عمود برسطح جدایی دو محیط شفاف بتابد، شکسته نمیشود. ب( وقتی نور از محیطی رقیق وارد محیطی غلیظ میشود، باریکۀ نور به طرف خط عمود بر سطح شکسته میشود. الف( ب( هوا )محیط شفاف رقیق( شیشه )محیط شفاف غلیظ( باریکۀ نور فرودی خط عمود بر سطح جداکنندۀ دو محیط شفاف امتداد باریکۀ نور در صورتی باریکۀ شکست که از شیشه نمیگذشت. لیزر مدادی لیزر مدادی شکل 3ـ شکست نور هنگام عبور باریکۀ نور از شیشه به هوا باریکۀ نور در شیشه )محیط غلیظ( شیشه باریکۀ نور در هوا )محیط رقیق( خود را بیازمایید شـکل روبهرو مسـیر پرتو نوری را در دو محیط شـفاف متفاوت نشان میدهد. با ذکر دلیل بیان کنید کدامیک از دو محیط رقیقتر است. محیط شفاف دوم محیط شفاف اول درون کاسه یا لیوان کدری که روی میز قرار دارد، سکهای بیندازید. یکی از ٔ کاسه ببیند. افراد گروه مطابق شکل الف آنقدر از میز دور شود تا بتواند سکه را درست از لبه ٔ درون کاسـه را نبیند سـپس از دوسـت خـود بخواهیـد تـا کمی عقبتـر برود بهطـوری که سـکه )شـکل الف(. اکنون به آرامی درون کاسـه آب بریزید )شـکل ب( تا دوسـتتان دوباره سـکه را ببیند. علت دیده شدن سکه را در گروه خود به بحث بگذارید و نتیجه را به کالس گزارش کنید. فعالیت الف( ب( 138
شکست نوردرمنشور منشور، قطعهای شفاف از جنس شیشه یا پالستیک است که ً به ٔ منشورها معموال کاربرد زیادی در وسیلههای نوری دارد. قاعده شکل مثلث است )شکل 4 .) خود را بیازمایید ٔ شکست نور پرکنید. ّ ه به شکل 5 و پدیده الف( جاهای خالی را با توج ٔ نور هنگام ورود از هوا به منشور، طوری شکسته میشود که به خط عمود ......... شود. باریکه ٔ نـور از منشـور بـه هـوا، طوری شکسـته میشـود که از خـط عمود همچنیـن هنـگام خـروج باریکـه ......... شود. آزمایش کنید هدف آزمایش: مسیر نور در منشور موادووسایل:منشور، لیزر مدادی ٔ مثلثی شـکل آن روی میز قرار روشاجرا:منشـور را از طرف قاعده ٔ نور را بهطور مایل به یکی دهید. لیزر مدادی را روشن کنید و باریکه از وجههای آن بتابانید )شکل باال(. با توجه به مسیر نور در منشور، ٔ نور را کامل کنید. امتداد باریکه ٔ نور همانطـور کـه با انجام دادن آزمایش دیدید، مسـیر باریکه پس از عبور از منشور تغییر میکند )شکل 5.) ٔ نوری که توسـط چراغ قوه تشـکیل دادهاید به یک وجه منشـور الف( باریکه بتابانید. در طرف دیگر منشـور، پرده یا یک ورق کاغذ سـفید را در مسـیر نور خروجی از منشـور قرار ٔ فعالیت را در گروه خود به بحث بگذارید. ٔ بعد(. نتیجه دهید )مطابق شکل صفحه ً تاریک انجام شود. توجه: بهتر است این فعالیت در محیطی نسبتا فعالیت شکل 4ـ منشور با قاعدۀ مثلث و سهوجه غیرموازی وجه منشور قاعدۀ منشور شکل 5ـ مسیر باریکۀ نور در منشور امتداد باریکۀ نور در صورتی که از منشور نمیگذشت. مسیر باریکۀ نور پس از عبور از منشور باریکۀ نور فرودی 139
ً بزرگی را مطابق شـکل ب( ظرف نسـبتا ٔ روبـهرو از آب پـر کنیـد و آن را مقابـل نـور مسـتقیم آفتـاب قرار دهید؛ سـپس یک آینه تخـت را بهطور کـج درون آب قرار دهید. در این حالت قسـمتی از آب که جلوی آینه قرار دارد، مانند یک منشـور عمل میکند. ظرف را آن قـدر جابهجا کنید تا طیف نور خورشـید روی یک مقوای سفید رنگ تشکیل شود. در پاشـندگی نور سـفید توسـط منشـور، کدامیک از رنگهای نور، بیشـتر و کدامیک کمتر شکسته شده است؟ فکرکنید پرده باریکۀ نور سفید ٔ نور سـفید پس از عبور از منشـور به رنگهای همانطـور کـه بـا انجام دادن فعالیت بـاال دیدید، باریکه ٔ مختلفـی تجزیه میشـود )شـکل 6ـ الـف(. این پدیده را پاشـندگینور مینامند. رنگهای تشـکیلدهنده نور سـفید، که در رنگهای حاصل از رنگینکمان نیز دیده میشـوند در شـکل 6ـب نشان دادهشدهاند. به ٔ نور سفید، طیف نور سفید میگویند. مجموعه رنگهای تشکیلدهنده شکل 6ـ الف( پاشندگی نور سفید در منشور ب( رنگهای تشکیلدهندۀ طیف نور سفید الف( ب( قرمز نارنجی زرد سبز آبی نیلی بنفش باریکۀ نور سفید 1۴0
نخستین بار نیوتون دانشمند انگلیسی )۱۷۲۷ــ ۱۶۴۲ )با عبور دادن نور سفید آیا میدانید؟ خورشید از یک منشور، نشان داد که نور سفید، آمیزهای از نورهایی به رنگهای مختلف است که در رنگینکمان نیز دیده میشـود. جالب اسـت بدانیـد ایـن آزمایـش، باعـث مشـهور شـدن نیوتـون شـد. نیوتـون همچنیـن نخسـتین تلسـکوپ بازتابی را در سـال ۱۶۷۲ میالدی ساخت. آزمایش کنید ٔ کانونی عدسی همگرا )ذرهبین( هدف آزمایش: یافتن کانون و فاصله موادووسایل:عدسی همگرا، یک تکه مقوا و خطکش روشاجرا ۱ـ ذرهبین را مقابل نور مستقیم خورشید بگیرید. وقتی یک عدسی را با دستمان لمس میکنیم، ممکن است وسط آن ضخیمتر از لبههای آن باشد؛ به این نوع عدسی، عدسی همگرا میگوینـد )شـکل 8ـ الـف(. ولـی اگـر لبههـای عدسـی از وسـط آن ضخیمتر باشد به آن عدسی واگرا گفته میشود )شکل 8 ـ ب(. شکل 8 ـ الف( عدسی کوژ یا همگرا ب( عدسی کاو یا واگرا ب(الف( عدسی ها یکـی از آشـناترین وسـیلههای نـوری کـه بهطـور گسـتردهای اسـتفاده میشوند، عدسـیها هستند )شکل 7 .)عدسـیها از مـواد شـفافی مانند شیشـه یا پالسـتیک فشرده ساخته میشوند. شکل 7ـ شخصی که هنگام مطالعه، عینک به چشم میزند در واقع از میان دو عدسی به نوشتههای کتاب نگاه میکند. 141
بـا توجـه بـه چگونگـی شکسـت نـور در منشـور، دریافت خود را از شکلهای )الف( و شکل )ب( بیان کنید. فکرکنید الف( ب( نزدیکبینـی و دوربینـی از جملـه آیا میدانید؟ عیبهای رایج چشم است که با بهرهگیری از عینکهای مناسـب میتـوان تـا حـدود زیـادی آنهـا را برطـرف کـرد. شـخص نزدیکبیـن در دیـدن اجسـام دور، مشـکل دارد کـه بـه کمک عینکـی بـا عدسـیهای واگرا این مشـکل رفع میشـود؛ همچنین شـخص دوربین در دیدن اجسام نزدیک مشـکل دارد که به کمک عینکی با عدسـیهای همگرا این مشکل برطرف میشود. ۲ـ مقوا را روی زمین قرار دهید و ذرهبین را به آرامی ٔ نورانی در سـطح مقوا به جابهجـا کنیـد. هنگامی که لکه کوچکترین اندازۀ خود رسید، ذرهبین را ثابت نگه دارید )شکل روبهرو(. ٔ روشن را کانون عدسی همگرا ۳ـ محل تشکیل لکه ٔ بین وسـط ذرهبین تا مقوا ٔ مینامند. در این حالت فاصله را به کمک خطکش اندازه بگیرید. این فاصله را، فاصله کانونی عدسی میگویند. 142
خود را بیازمایید شـکل زیر دو عدسـی همگرا و واگرا را نشـان میدهد که یک دسته پرتو موازی نور به آنها تابیده ٔ شکسـت نـور، دلیل نامگـذاری همگـرا و واگرا بودن این عدسـیها را شـده اسـت. با توجه به شـیوه توضیح دهید. ّ ه به یک عدسـی واگرا را در فاصلههای مختلف از یک جسـم بگیرید. با توج ویژگیهای تصویری که در عدسی واگرا میبینید، عبارت زیر را کامل کنید. ٔ اجسام در عدسی واگرا ......... از جسم و نسبت به جسم ......... است. تصویر همه فعالیت ابنهیثـم )۴۱۹-۳۴۴ هجـری شمسـی( در آیا میدانید؟ بصره متولد شد و از جمله دانشمندان بزرگ جهان اسالم است که در عصـر طالیی علوم اسلامی زندگی میکـرد. »المناظر« یکی از جمله کتابهـای مانـدگار وی اسـت که در پیشـرفت علـوم در اروپای قرون وسـطا بسـیار مؤثر بود. این کتاب شامل هفت مقاله در بررسی ماهیت نـور، رنگ و بینایی اسـت کـه مبتنی بر اصول ریاضـی و تجربی تألیف شـده اسـت. سـال ۱۳۹۴ هجری شمسـی )۲۰۱۵ میالدی( به دلیل گذشـت هزار سال از تألیف این کتاب، توسط سازمان علمی فرهنگی یونسکو، به نام »سال جهانی نور« نامگذاری شده است. 143
آیا میدانید؟ تلسکوپهای نوری این توانایی را به چشم انسان میدهند تا جرمهای آسمانی دور و نزدیک را با وضوح و تفکیک بیشتری ببیند. نخستین تلسکوپ برای رصد آسمان شب، در سال 1609 میالدی، توسط گالیله ساخته شد. گالیله در ساخت تلسکوپ خود از دو عدسی با فاصلۀ کانونی متفاوت )عدسی ٔ کانونی کم( استفاده کرده بود )شکل الف(. به ٔ کانونی زیاد و عدسی چشمی با فاصله شیئی با فاصله این نوع تلسکوپها، تلسکوپشکستی گفته میشود. نوع دیگر تلسکوپ، تلسکوپبازتابی است )شکل ب( که نخستین بار در سال 1672 میالدی، توسط نیوتون ساخته شد. هر چه قطر دهانۀ تلسکوپ بزرگتر باشد، نور بیشتری جمعآوری میکند و در نتیجه، اطالعات بیشـتری را بـرای مـا فراهـم میکنـد. توانایـی جمعآوری نور توسـط یک تلسـکوپ، با تـوان دوم قطر عدسـی شـیئی یـا قطـر آینۀ اصلی آن متناسـب اسـت. برای درک بهتـر این موضوع به توانایی چشـم غیرمسلح انسان در جمعآوری نور، هنگامی که به آسمان شب نگاه میکند توجه کنید. قطر مردمک ً ۶ میلیمتر است. به این ترتیب، یک تلسکوپ چشم، هنگامی که به آسمان شب نگاه میکند تقریبا ً 5 برابر قطر مردمک چشـم در شـب هنگام (، 25 بار بیشـتر از چشـم نور با قطر 30 میلیمتر)تقریبا جمـعآوری میکنـد. همچنین یک تلسـکوپ 60 میلیمتری، 100بار بیشـتر از چشـم غیرمسـلح، میتواند نور جمع کند. الف( تلسکوپ شکستی ب( تلسکوپ بازتابی عدسی شیئی عدسی چشمی فاصله کانونی کانونها فاصله کانونی بهطرف چشم بهطرف چشم آینه اصلی عدسی چشمی کانون آینه آینه دوم 144