🎴 بطاقات تعليمية للمراجعة
عدد البطاقات: 8 بطاقة لهذه الصفحة
إذا كان طول طيف عنصر الهيدروجين المعروف بطول موجي 434nm مزاحًا نحو الأحمر بنسبة 6.50% في الضوء القادم من مجرة بعيدة، فما سرعة ابتعاد المجرة عن الأرض؟
الإجابة: سرعة ابتعاد المجرة = نسبة الانزياح الأحمر × سرعة الضوء = 0.0650 × 3.00 × 10^8 m/s = 1.95 × 10^7 m/s
الشرح: يستخدم تأثير دوبلر للضوء لحساب سرعة الأجرام السماوية. نسبة الانزياح الأحمر (z) مرتبطة بسرعة الابتعاد (v) بالنسبة لسرعة الضوء (c) بالعلاقة v = z × c عندما تكون السرعة صغيرة مقارنة بسرعة الضوء.
تلميح: تذكر العلاقة بين نسبة الانزياح الأحمر وسرعة الابتعاد في تأثير دوبلر للضوء.
التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: متوسط
لأي خط طيفي، ما القيمة غير الحقيقية للطول الموجي الظاهري لمجرة تتحرك مبتعدة عن الأرض؟ ولماذا؟
الإجابة: القيمة غير الحقيقية هي الطول الموجي الظاهري الأصغر من الطول الموجي الحقيقي. لأن المجرة تبتعد عن الأرض، مما يسبب انزياح الطيف نحو الأحمر (زيادة الطول الموجي الظاهري)، وليس نحو الأزرق (نقصان الطول الموجي).
الشرح: عندما تبتعد مجرة عن الأرض، يحدث انزياح نحو الأحمر في طيفها، مما يعني أن الطول الموجي المرصود (الظاهري) يكون أكبر من الطول الموجي الحقيقي. لذلك، أي قيمة ظاهرية أصغر من القيمة الحقيقية تكون غير حقيقية.
تلميح: فكر في اتجاه تأثير دوبلر عندما يبتعد مصدر الضوء عن الراصد.
التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط
عمود إنارة يحوي مصباحين متماثلين يرتفعان 3.3m عن سطح الأرض. فإذا أراد مهندسو البلدية توفير الطاقة الكهربائية وذلك بإزالة أحد المصباحين، فكم يجب أن يكون ارتفاع المصباح المتبقي عن الأرض لإعطاء الاستضاءة نفسها على الأرض؟
الإجابة: يجب أن يكون ارتفاع المصباح المتبقي = √2 × 3.3m ≈ 4.67m. لأن الاستضاءة تتناسب عكسياً مع مربع المسافة، ولتعويض شدة إضاءة مصباح واحد بدلاً من اثنين، يجب زيادة الارتفاع بعامل √2.
الشرح: الاستضاءة من مصباحين متماثلين عند نفس الارتفاع هي ضعف الاستضاءة من مصباح واحد. للحفاظ على نفس الاستضاءة بمصباح واحد، يجب زيادة المسافة (الارتفاع) بعامل √2 للحفاظ على قيمة E = I/d² ثابتة.
تلميح: تذكر قانون الاستضاءة (E = I/d²) وفكر في كيفية تعويض نقص شدة الإضاءة بتغيير المسافة.
التصنيف: سؤال اختبار | المستوى: صعب
مصدر ضوء نقطي شدة إضاءته 10.0cd ويبعد 6.0m عن جدار. كم يبعد مصباح آخر شدة إضاءته 60.0cd عن الجدار إذا كانت استضاءة المصباحين متساوية عنده؟
الإجابة: المسافة المطلوبة = √(I₂/I₁) × d₁ = √(60.0/10.0) × 6.0m = √6 × 6.0m ≈ 2.449 × 6.0m ≈ 14.69m
الشرح: بما أن الاستضاءة متساوية عند الجدار، فإن I₁/d₁² = I₂/d₂². يمكن إعادة ترتيب المعادلة لإيجاد d₂ بدلالة النسبة بين شدة الإضاءة والمسافة المعروفة.
تلميح: استخدم قانون الاستضاءة E = I/d²، ومساواة استضاءة المصباحين لحساب المسافة المجهولة.
التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: متوسط
وضح لماذا تحتاج إلى 5s لسماع الرعد عندما يبعد البرق مسافة 1.6km.
الإجابة: لأن سرعة الصوت في الهواء حوالي 340 m/s. الزمن = المسافة / السرعة = 1600 m / 340 m/s ≈ 4.7s، وهو ما يقارب 5s.
الشرح: يصل ضوء البرق (الضوء) إلى الراصد فوراً تقريباً بسبب سرعته العالية جداً (3×10^8 m/s). بينما يصل صوت الرعد (الصوت) بعد فترة زمنية يمكن حسابها بقانون المسافة والسرعة، مما يفسر التأخير في سماعه.
تلميح: تذكر الفرق الكبير بين سرعة الضوء (البرق) وسرعة الصوت (الرعد).
التصنيف: سؤال اختبار | المستوى: سهل
إذا بعث عنصر الهيدروجين في الشمس ضوءًا بتردد 6.16×10¹⁴Hz من كلا الجانبين (المقترب والمبتعد عن الأرض) فما التغير في الطول الموجي المراقب؟ (قطر الشمس 1.4×10⁹m، دورتها 25 يومًا)
الإجابة: السرعة المحيطية لجانب الشمس v = (π × القطر) / الزمن الدوري. التغير في الطول الموجي Δλ = (v/c) × λ₀، حيث λ₀ = c/f₀. يجب حساب v أولاً ثم تطبيق تأثير دوبلر.
الشرح: يسبب دوران الشمس أن أحد جوانبها يقترب من الأرض والآخر يبتعد. هذا يخلق فرقاً في الطول الموجي المرصود بين الجانبين بسبب تأثير دوبلر. التغير الكلي هو ضعف الانزياح الناتج عن جانب واحد.
تلميح: احسب السرعة الخطية للدوران على حافة الشمس أولاً، ثم طبق صيغة تأثير دوبلر للطول الموجي.
التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: صعب
ما العلاقة بين الاستضاءة والمسافة الموضحة بواسطة الرسم البياني لشدة إضاءة ثابتة؟
الإجابة: العلاقة هي علاقة تربيع عكسي. الاستضاءة تتناقص مع زيادة المسافة، وتتناسب عكسياً مع مربع المسافة من المصدر (E ∝ 1/d²).
الشرح: يظهر الرسم البياني للاستضاءة مقابل المسافة من مصدر نقطي ثابت الشدة منحنىً هابطاً بسرعة. هذا الشكل الرياضي يتوافق مع دالة التربيع العكسي، وهو أساس قانون التربيع العكسي في الاستضاءة والإشعاع.
تلميح: فكر في قانون الاستضاءة الأساسي في البصريات.
التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط
هل تحل النظارات المستقطبة مشكلة انعدام الرؤيا المؤقت الناتج عن ضوء الشمس المنعكس عن جدران زجاجية؟ ولماذا؟
الإجابة: نعم، يمكن أن تساعد النظارات المستقطبة. لأن الضوء المنعكس عن الأسطح الأفقية (مثل الماء) أو الرأسية (مثل الزجاج) يكون مستقطباً غالباً في اتجاه معين، والنظارات المستقطبة تسمح بمرور الضوء في اتجاه عمودي على اتجاه استقطاب الضوء المنعكس المزعج، فتقوم بحجبه.
الشرح: الانعكاس عن الأسطح غير المعدنية (مثل الزجاج أو الماء) يسبب استقطاباً للضوء في مستوى موازٍ لسطح الانعكاس. النظارات المستقطبة لها محور استقطاب عمودي على هذا الاتجاه الشائع للضوء المنعكس المزعج، مما يقلل من شدته.
تلميح: تذكر خاصية استقطاب الضوء عند الانعكاس عن العوازل (غير المعدنية).
التصنيف: تفكير ناقد | المستوى: متوسط