vendredi 22 janvier 2016

تفسير عملية الرؤية لابن الهيثم

ولد ابن الهيثم في مدينة البصرة في العراق سنة 354 هـ- 965 ميلادية، في عصر كان يشهد ازدهارا في مختلف العلوم من رياضيات وفلك وطب وغيرها، هناك أنكب على دراسة الهندسة والبصريات وقراءة كتب من سبقوه من علماء اليونان والعالم الأندلسي الزهراوي وغيرهم في هذا المجال، كتب عدة رسائل وكتب في تلك العلوم وساهم على وضع القواعد الرئيسية لها, وأكمل ما كان قد بدئه العالم الكبير الزهراوي.


نظرية الرؤية:
سادت نظريتان كبيرتان حول كيفية الرؤية في العصور القديمة. النظرية الأولى نظرية الانبعاثات، التي أيدها مفكرون مثل إقليدس وبطليموس، والتي تفترض أن الإبصار يتم اعتمادًا على أشعة الضوء المنبعثة من العين. أما النظرية الثانية نظرية الولوج التي أيدها أرسطو وأتباعه، والتي تفترض دخول الضوء للعين بصور فيزيائية. عارض ابن الهيثم كون عملية الرؤية تحدث عن طريق الأشعة المنبعثة من العين، أو دخول الضوء للعين من خلال صور فيزيائية، وعلل ذلك بأن الشعاع لا يمكن أن ينطلق من العينين ويصل إلى النجوم البعيدة في لحظة بمجرد أن نفتح أعيننا. كما عارض الاعتقاد السائد بأن العين قد تجرح إذا نظرنا إلى ضوء شديد السطوع، ووضع بدلاً من ذلك نظرية ناجحة للغاية تفسر عملية الرؤية بأنها تحدث نتيجة خروج أشعة الضوء إلى العين من كل نقطة في الكائن، وهو ما أثبته عن طريق التجارب. كما وحّد علم البصريات الهندسية مع فرضيات أرسطو الفيزيائية لتشكل أساس علم البصريات الفيزيائية الحديثة. أثبت ابن الهيثم أيضًا أن أشعة الضوء تسير في خطوط مستقيمة، كما نفذ تجارب مختلفة حول العدسات والمرايا والانكسار والانعكاس. وكان أيضًا أول من اختزل أشعة الضوء المنعكس والمنكسر في متجهين رأسي وأفقي، والذي كان بمثابة تطور أساسي في البصريات الهندسية، واقترح نموذج لانكسار الضوء يُفضى إلى استنتاج مماثل لما أفضى إليه قانون سنيل، لكن ابن الهيثم لم يطور نموذجه بما يكفي لتحقيق تلك النتيجة.


بالإضافة إلى فيزياء البصريات، أرسى كتاب المناظر أسس "علم نفس البصريات". وأسهم ابن الهيثم أيضًا في الطب وطب العيون والتشريح وعلم وظائف الأعضاء، وكانت له تعليقات على أعمال جالينوس. وصف ابن الهيثم عملية الإبصار وتكوين العين وتكوّن الصورة في العين ونظام الإبصار. كما عدل نظريات الرؤية المزدوجة وتوقع الحركة التي سبق وناقشها من قبل أرسطو وإقليدس وبطليموس.


كانت معظم إسهاماته التشريحية وصفًا تشريحيًا لوظيفة العين كنظام بصري. ووفرت له تجاربه بالكاميرا المظلمة المناخ المناسب له لتطوير نظريته في إسقاط النقطة المقابلة من الضوء من سطح جسم ليكوّن الصورة على الشاشة. وأحدثت مقارنته بين العين والكاميرا المظلمة توليفته بين علم التشريح وعلم البصريات، والتي شكلت أساس علم نفس البصريات، كما كان تصوره لمرور الضوء خلال الثقب في تجاربه بالكاميرا ذات الثقب، مشبّهًا انعكاس الصورة الناتج، بما يحدث في العين التي تمثّل فيها الحدقة ثقب الكاميرا.
أما فيما يتعلق بعملية تكوين الصور، فقد أخطأ بموافقته لفكرة ابن سينا بأن عدسة العين هي العضو المسئول عن الرؤية، لكن الصحيح أن شبكية العين تشارك في عملية الرؤية.

مصادر الضوء الطبيعيّة والاصطناعيّة - الجسم المضيء والجسم المضاء المنير

النور (أو الضوء) شكل من أشكال الطاقة يمكّننا من رؤية الأجسام، فالشمس والنجوم والمصابيح والنار وغيرها تبعث الضوء لشدّة حرارتها. والأشياء كلّها مؤلفة من ذرات، فإذا ما سخن جسم بشدّة فإنّ ذراته تبعث ضوءا.



والظلام هو انعدام الضوء. ففي حجرة عديمة النوافذ وبغياب أي مصدر ضوئي تبدو الحجرة سوداء حالكة ولا يمكنك رؤية شيء فيها.

1 – المصادر الضوئيّة الطبيعيّة:
تزوّدنا الطبيعة بكميّات وافرة من الضوء، فمن مصادر الضوء الطبيعيّة نذكر الشمس والقمر وكذلك وميض البرق. والشمس هي أقرب النجوم إلينا وهي كرة من الغازات المدوِّمة ترسل شواظها واندلاعاتها المتوهّجة عبر أرجاء الفضاء.
والنجوم الأخرى التي ترصع السماء في الليالي الصافية هي أيضا كرات من الغازات اللاهبة تبعث الحرارة والضوء، ولكنّها لبعدها السحيق تبدو فقط كنقط ضوئيّة متلألئة ترصع القبّة السماوية.


وفي الليالي الصافية المقمرة يزوّدنا البدر بنور يمكّننا من الرؤية بوضوح. والقمر غير منير بذاته فهو يعكس نور الشمس الواقع عليه نحو الأرض، فالشمس في الواقع هي المصدر الأساسي لنور القمر الطبيعي. لذا يعتبر القمر جسما مضاء منيرا ومثله بقيّة الأجسام العاتمة التي تتقبّل النور من مصدر طبيعي أو اصطناعي لتعكسه بدورها حتى تتم رؤية تلك الأجسام بوضوح. (طاولة، شجرة، حيوان).


والشمس هي أكبر مصدر ضوئي للأرض، وجميع الأشياء الموجودة على الأرض تعتمد على الطاقة الضوئيّة المستمدّة من الشمس.


2 – المصادر الاصطناعيّة:
أما مصادر الضوء التي هي من صنع الإنسان فمتعدّدة. وكان لهب الفتيلة أول هذه المصادر الاصطناعيّة، واليوم عمّ استخدام المصابيح الكهربائيّة العاديّة وأصبحت الإنارة الاصطناعيّة عنصرا أساسيّا في حضارة الإنسان المعاصر وطرق معيشه.
وهناك نوعان من مصادر الإنارة الاصطناعيّة :
النوع الأول: يعتمد تسخين جسم صلب أو سائل كما يحدث في المصابيح الكهربائيّة. 
النوع الثاني: فهو يعتمد الفتيلة وسائلا يسخن مثل مصباح الزيت الروماني والشمعة والمصباح النفطي.                                                      
أما المكشاف فيعتمد الطاقة الكهربائيّة الكامنة ومصباحا كهربائيّا.

حاسة اللمس وسيلة تقريبية لقيس درجة حرارة الأجسام - المحرار واستعماله في بعض التطبيقات

دور حاسّة اللّمس في قيس درجة الحرارة 
من المعلوم أن درجة الحرارة منخفضة في الأيام الباردة ومرتفعة في الأيام الحارة، فماذا نعني بدرجة الحرارة؟ إنها قياس لشدة سخونة الجسم أو برودته. فدرجة حرارة الثلج أخفض من درجة حرارة الماء المغلي، كما أن درجة حرارة الشمس مرتفعة جدا.

وهناك طرق عدة تمكننا من قياس درجات الحرارة، وإحدى هذه الطرق، استعمال حاسة اللمس التي تعتبر وسيلة تقريبية لقيس درجة حرارة الأجسام، ولكن لا يمكن الاعتماد عليها لأنها لا تمكّننا من معرفة القياس الصّحيح والدّقيق لدرجات الحرارة.

فعندما تقوم بوضع يدك في إناء به ماء دافئ مثلا لا يمكنك أن تعرف كم درجة حرارته بالضبط.

أما عندما تضع إحدى يديك في ماء بارد، وفي الوقت ذاته تضع الأخرى في ماء ساخن لفترة من الوقت (2)، ثم تنقل يديك لتضعهما في إناء به ماء الحنفية (3)، تشعر يدك التي كانت في الماء البارد بالحرارة، في حين تشعر يدك التي كانت في الماء الساخن بالبرودة على الرغم من أن درجة حرارة ماء الحنفية واحدة.


المحرار واستعمالاته في بعض التّطبيقات
بعد أن اتضح للانسان أنه لا يمكن الاعتماد على حاسة اللمس في تقدير درجة حرارة الأشياء، فكّر في إيجاد وسيلة أخرى غير اللمس لقياس درجة الحرارة، واتضح له إمكانية الاعتماد على حقيقة تمدّد السوائل بالحرارة وتقلصها بالبرودة في ابتكار ما يسمى بالمحرار.

وهناك أنواع مختلفة من المحارير، والشائعة منها تعبأ بالكحول أو الزئبق. ويفضل المحرار الكحولي على الزئبقي في المناطق الشديدة البرودة لأن درجة تجمده أخفض. وهكذا يمكن استعمال ميزان الحرارة الكحولي في الظروف التي يتجمد فيها الزئبق. أما في المختبرات فتستعمل موازين الحرارة الزئبقية لأن درجة غليان الكحول المنخفضة لا تسمح باستعماله لقياس درجات الحرارة المرتفعة. فلو وضع ميزان حرارة كحولي في ماء يغلي فإن الكحول يغلي في الميزان وقد يفجره.

المحرار المئوي:
يستعمل هذا المحرار لقياس درجة حرارة السوائل، وهو يتركب من ساق سميكة من الزجاج يوجد على جدارها الخارجي درجات الحرارة، حيث يبدأ هذا التدريج من الصفر المئوي، وينتهي بدرجات حرارة مختلفة تصل إلى 100 درجة أو 200 درجة مئوية. وبداخل الساق الزجاجية أنبوبة رفيعة تسمى الأنبوبة الشعرية تتصل من أسفل بمستودع للزئبق وتسد الأنبوبة من أعلى.


المحرار الطبي:
هو نوع خاص من موازين الحرارة يستخدم لقياس درجة حرارة المريض. وهو مصمم بحيث يبين درجة الحرارة القصوى المسجلة بعد إخراجه من فم المريض. ويتميّز هذا المحرار بساق زجاجية سميكة مقسمة إلى عشرة أقسام يطلق  على كل قسم منها (شرطة) وكل شرطة تساوي واحدا على عشرة من الدرجة ويتدرج من 35 درجة إلى 42 درجة. ويوجد بداخل الساق الزجاجية الأنبوبة الشعرية الرفيعة والتي تنتهي من أسفل بمستودع لزئبق ويوجد اختناق بين المستودع وبداية الأنبوبة الشعرية يمنع رجوع الزئبق إلى المستودع، وبالتالي يمنع تحرك سطح الزئبق داخل الأنبوبة الشعرية حتى يكون لدينا الوقت الكافي لقراءة درجة الحرارة.


خطوات قياس درجة حرارة المريض
- قبل استعمال المحرار الطبي لقيس درجة حرارة المريض يجب تطهيره أولا، وذلك بوضعه في مادة مطهرة كالكحول كي لا يتسبب في انتقال المرض من شخص لآخر.

- يجب رجّ المحرار بشدة قبل استعماله حتى يصل سطح الزئبق في الأنبوبة الشعرية إلى ما قبل التدريج.

- بعد ذلك يتم وضع مستودع المحرار تحت لسان المريض لمدة دقيقة على الأقل قبل أن يتم إخراجه وقراءة درجة الحرارة.

- وبعد مرور دقيقة على الأقل يخرج المحرار من فم المريض ويقرأ التدريج الموازي لسطح الزئبق في الأنبوبة الشعرية والذي يمثل درجة حرارة المريض.

- وأخيرا يجب عليك تطهير المحرار مرة ثانية بعد استخدامه وقبل أن تقوم بحفظه.

هام جدا
- يجب إبعاد المحرار عن الأطفال لأن مادة الزئبق التي يحتويها المحرار مادة سامة.

- لا يجب استخدام الماء المغلي لتطهير المحرار الطبي، حتى لا تكون درجة غليان الماء أعلى من درجة الحرارة المسموح للزئبق أن يتمدّد بها داخل المحرار، فيضغط بتمدده على الأنبوبة الشعرية، ويؤدي إلى كسر المحرار.

تأثير الطاقة الحرارية في الأجسام تمددا وتقلصا (انكماشا)


تأثير الطاقة الحرارية في الأجسام الصلبة
لمعرفة أثر الحرارة على المواد الصلبة، أحضر حاملا له حلقة تتدلى منه كرة من الحديد معلقة به سلسلة من المعدن. حاول إدخال الكرة وتمريرها من الحلقة، فستلاحظ أنها تمرّ بسهولة ويسر.


ضع شمعة أسفل الكرة الحديدية، وحاول إدخال الكرة وتمريرها من الحلقة. لاحظ أن الكرة الحديدية لا تمر من الحلقة بعد تسخينها لارتفاع درجة حرارتها وتمددها.


اترك الكرة الحديدية لتبرد، ثم حاول تمريرها داخل الحلقة. لاحظ مرورها من الحلقة بسهولة، حيث أن الكرة قد انكمشت (تقلصت) بفعل البرودة؛ فقلّ حجمها.


الاستنتاج:
المواد الصلبة تتمدّد بالحرارة وتنكمش (تتقلص) بالبرودة.


تأثير الطاقة الحرارية في الغازات
لإثبات أن الغازات تتمدّد بالحرارة وتنكمش (تتقلص) بالبرودة، أحضر زجاجة فارغة وسدّ فوهتها ببالونة. وَضَعْها في حوض به ماء ساخن؛ ستلاحظ أن البالونة تنتفخ بواسطة الهواء الموجود في الزجاجة والذي تمدّد وازداد حجمه بمفعول الحرارة.


قم بنقل الزجاجة والبالونة إلى حوض آخر به ماء بارد، ستلاحظ أن البالونة تتقلص. لأنه عندما يبرد الهواء الذي يملأ الزجاجة ينكمش (يتقلص) ويقلّ حجمه فتنكمش (تتقلص) البالونة.


الاستنتاج:
الغازات تتمدّد بالحرارة وتنكمش (تتقلص) بالبرودة.


تأثير الطاقة الحرارية في السوائل
لإثبات تمدّد السوائل بمفعول الحرارة، أحضر دورقا صغيرا ممتلئا بماء ملون، ومسدودا بسدة، تنفذ منها أنبوبة رفيعة بحيث يصل مستوى الماء الملون داخل الأنبوبة الرفيعة إلى مستوى (أ).


ضع الدورق داخل حوض به ماء ساخن، وانتظر فترة سوف تلاحظ ارتفاع الماء الملون في الأنبوبة الرفيعة من النقطة (أ) إلى النقطة (ب) (2)، ثم ارتفاعه إلى النقطة (ج) (3). وهذا الارتفاع يدل على تمدّد الماء بالحرارة، وازدياد حجمه.


ضع مكان الماء الساخن داخل الحوض، ماء مثلجا، وضع به الدورق الممتلئ بالماء الملون. ولاحظ انخفاض مستوى الماء الملون داخل الأنبوبة الرفيعة إلى أقلّ من المستوى (أ) (2).


الاستنتاج:
السوائل تتمدّد بالحرارة وتنكمش (تتقلص) بالبرودة.


الخلاصة
كل الأجسام باختلاف أشكالها (صلبة أو سائلة أو غازية) تتمدّد بمفعول الحرارة وتنكمش (تتقلص) بمفعول البرودة.


تطبيقات عملية مستفادة من التمدّد بمفعول الحرارة والانكماش (التقلص) بمفعول البرودة
إن معرفة المتخصصين لحقيقة تمدد المواد الصلبة بالحرارة، وانكماشها أو تقلصها بالبرودة جعلتهم يراعون أن تكون أسلاك الكهرباء متراخية عند تثبيتها في أماكنها في فصل الصيف؛ كي لا تنقطع إذا انكمشت أو تقلصت في الشتاء.


إن ترك مسافة محسوبة بين قضبان السكك الحديدية، يتيح للقضبان حرية التمدد عند ارتفاع درجة الحرارة، وعدم ترك هذه المسافة يجعل القضبان تنحني وتتلف عند ازدياد طولها وتمددها بمفعول الحرارة.


إذا أردت نزع غطاء مصنوع من المعدن (1)، ووجدت صعوبة في ذلك (2) فما عليك إلا أن تعرضه للماء الساخن (3)، حينها سيفتح بسهولة (4)، حيث يتمدد الغطاء المعدني عند تعرضه للحرارة فيزداد حجمه، ويسهل فتحه.


يستخدم المحرار الطبي لقياس درجة حرارة الجسم بالاعتماد على حقيقة تمدّد السوائل وانكماشها (تقلصها) بمفعول الحرارة، فالزئبق الموجود في المستودع، يتمدّد بالحرارة وينكمش بالبرودة.

الاستغلال النفعي للناقل الحراري والعازل الحراري في الحياة اليومية

الاستغلال النفعي للعازل الحراري
يمكن استغلال العوازل الحراريّة في كثير من الاستعمالات نذكر منها مثلا:

الكظيمة: (وتسمى أيضا: القارورة الخوائية أو الترمس)
اخترع الكظيمة العالم الاسكتلندي جيمس ديوار (1842-1923). وقد صنعت لحفظ درجة حرارة السوائل، فهي تحفظ الشراب الساخن ساخنا، والبارد باردا، لأنها تمنع انتقال الحرارة.
وهي تتألف من قارورة زجاجية مزدوجة الجدران، والفراغ بين الجدران يمنع التوصيل والحمل. كما أن الجدران المفضضة الداخل تمنع الإشعاع، أما السدادا اللدائني أو الفليني فهو عازل جيد للحرارة.


النّعل المطّاطي للحذاء:
إنّ الأحذية تحمي لابسيها من درجة حرارة الطّريق في فصل الصّيف وبرودة الأرضيّة في فصل الشّتاء، وهذه الحماية تضمنها المواد العازلة للحرارة التّي استخدمت في صناعة النّعل المطّاطي للحذاء.

الملابس الصّوفيّة:
نرتدي الملابس الصوفية الثقيلة شتاءا لأنها عازلة للحرارة فتحتفظ بدرجة حرارة الجسم ونشعر بالدفء.

ورق الألمنيوم لتغليف الأطعمة:
يتكوّن هذا الورق من وجهَين: وجه لامع ووجه آخر غير لامع.
ويُستخدم الوجه اللامع لتغليف المأكولات الساخنة فقط (أي الوجه اللامع ملاصق للطعام الساخن وهكذا نحافظ على الطّعام دافئا)، بينما يُستخدم الوجه غير اللامع لتغليف المأكولات الباردة فقط (أي الوجه غير اللامع ملاصق للطعام البارد، فنحافظ بذلك على الطعام باردا).

كما يمكن استخدام العوازل الحرارية في صنع مقابض أواني الطهي، وغلايات الشاي؛ حيث يمكن حمل تلك الأواني وهي ساخنة دون أن نتعرض للأذى.

الاستغلال النفعي للناقل الحراري
نستعمل النّواقل الحرارية في مجالات عديدة من بينها:

الأسلاك من النحاس:
استخدم الإنسان معدن النّحاس في عديد المجالات من بينها الكهرباء، حيث أنّه يعتبر من المواد النّاقلة للكهرباء وهو يتميّز أيضا بقدرته على نقل الحرارة.


أواني المطّبخ:
إنّ أواني الطّبخ والملاعق وغلايات الشاي واللبن المصنوعة من المعادن تقوم بنقل حرارة الموقد إلى السّوائل أو اللّحوم الموجودة داخلها بطريقة جيدة.

lundi 11 janvier 2016

النّاقل الحراري والعازل الحراري

الحرارة هي شكل من أشكال الطّاقة غير المرئيّة، وهي تنتقل من جسم إلى آخر، وتحتاج إلى وسط ناقل. وقدرة الأوساط النّاقلة للحرارة تتفاوت، فمنها ما هو موصل جيّد ومنها ما هو موصل رديء (الهواء: موصل حراري لكنّه رديء).

طرق انتقال الحرارة
التّوصيل الحراري:
التّوصيل هو عبارة عمّا يحدث عند وجود مادة ساخنة مع مادّة أبرد، حيث تنتقل الحرارة وبشكل طبيعي من الجسم الأسخن إلى الجسم الأبرد.


الحمل الحراري:
ـ تزداد حرارة الهواء الموجود حول مادة ساخنة عن طريق عمليّة الحمل الحراري.

ـ الهواء السّاخن أخفّ من الهواء البارد لذا فأنّه يرتفع ليحلّ مكانه الهواء البارد الموجود في الأعلى، تستمرّ العمليّة على هذا الحال حتّى تبرد حرارة هذا الشّيء أو المادة وتصبح معادلة لجوّ الغرفة.

الإشعاع الحراري:
رغم أنّ كلّ الحرارة الصّادرة عن مدفأة الفحم أو الخشب التّقليديّة تنطلق إلى الخارج عبر المدخنة عن طريق النّقل الحراري، إلاّ أنّ الدفء الذّي يعمّ الغرفة ينتقل عن طريق الإشعاع الحراري. وهذا النّوع من الإشعاع لا يحتاج إلى وسط ناقل، ولو لم تكن هذه الحالة مقبولة علميّا للما تمكّنت الشّمس من تسخين الأرض. 



النّاقل الحراري والعازل الحراري
النّاقل الحراري:
النّاقل الحراري هو كل مادة تسمح بمرور الحرارة من خلالها، وتعتبر المعادن من أجود المواد الصّلبة النّاقلة للطاقة الحراريّة بالتّوصيل ولكن يبقى هناك تفاوت في قدرة المواد على نقل الطّاقة الحراريّة.

العازل الحراري:
العازل الحراري هو كل مادة لا تسمح بمرور الحرارة من خلالها ونذكر على سبيل المثال الخشب والبلاستيك واللّدائن، وهي عوازل جيّدة ضدّ انتقال الحرارة بالتّوصيل. ولـهذا السّبب تصنع مقابض العديد من أواني المطبخ المعدنيّة من هذه المواد. فهي تسخن بسرعة بالتّوصيل لكن تبقى مقابضها باردة. 

Membres

Translate