الضــــــوء (2)

كسوف الشمس وخسوف القمر:

 نظرًا لأن الضوء يسير في خطوط مستقيمة، فإن وقوع القمر أمام الشمس يحجب ضوءها عن الأرض وهذا كسوف شمسي. ووفقًا للمسافة بين الأرض والقمر، يحدث كسوف كلي أو حلقي للشمس في منطقة أعمق ظل. وينتقل الضوء بسرعة 300000 كم/ث ، ويستغرق 8 دقائق ليصل الضوء من الشمس إلى الأرض.
تتجمع أشعة الضوء المتوازية المارة خلال عدسة محدبة (يمينًا) عند نقطة خلف العدسة، لكن تلك الأشعة المارة خلال عدسة مقعرة (فوق) تتفرق كما لو كانت آتية من نقطة أمام العدسة.

العدسات والمرايا المقوسة:

في الأجهزة البصرية ، مثل التليسكوبات الصغيرة، وكاميرات التصوير، والميكروسكوبات، ويستفاد من انكسار الضوء في عدساتها، وهي قطع زجاجية لها أسطح مقوسة. ويمكن تفهم عمل العدسات بتتبع الأشعة الضوئية التي تمر خلالها.
العدسات المحدبة، التي تبرز أسطحها إلى الخارج، تكسر أشعة الضوء القادمة من أشياء بعيدة تجاه نقطة تسمى "البؤرة". والعدسات المقعرة، التي لها أسطح مقوسة إلى الداخل، تحني الأشعة الضوئية بعيدًا عن البؤرة. ويحنى الأشعة الضوئية، تستطيع العدسات في الأجهزة البصرية أن تنتج صورًا أكبر للأشياء البعيدة أو الصغيرة.
وتعمل المرايا المقوسة بالكيفية نفسها. فالمرايا المقعرة تنتج صورًا مكبرة، وتنتج المرايا المحدبة صورًا مصغرة. وتستعمل المرايا المقعرة في التليسكوبات الفلكية الكبيرة، وفي مرايا الحلاقة وكشافات الإنارة الأمامية بالسيارات. وتوجد المرايا المحدبة في مرايا الرؤية الخلفية بالسيارات، كما تستعمل أحيانًا في محلات "السوبر ماركت" لتعطي انعكاسًا لمساحة كبيرة.

ســــرعة الضــــــــوء:

ينتقل الضوء، مثل كل الموجات الكهرومغناطيسية جميعًا، بسرعة عالية جدًا تبلغ 300000 كيلومتر في الثانية. وبهذه السرعة ، يستغرق الضوء 0.1 من الثانية لينتقل من نيويورك إلى لندن ، و 8 دقائق ليصل إلى الأرض من الشمس، و 4.3 من السنة ليصل إلى الأرض من أقرب نجم. وفي عام 1905 أثبت ألبرت أينشتاين أن سرعة الضوء هي أعلى سرعة ممكنة، فلا شىء في الكون يستطيع أن يكون أسرع انتقالاً.

القـــــــــــط

ينتمي العديد من أجناس القطط الأليفة إلى نوع واحد، وغالبًا يعرف القارئ معظم هذه الأجناس، إلا أن هناك أنواعًا من القطط الوحشية، غير القابلة للاستئناس، والتي تسكن غابات أوروبا وأفريقيا وآسيا وكذلك الأمريكتين. وتعيش على ما تصطاده من الطيور والحيوانات القارضة. وهذه القطط تمتاز عن النوع المستأنس بضخامة جسمها وطول قوائمها.
يقتصر غذاء القط غالبًا على اللحوم، حيث يفضل لحم الحيوانات التي يصطادها، وتتوافق أسنانه مع نوع غذائه:

• أنياب كبيرة وحادة ومعوجة، والتي يقوم بغرسها في جسم الفريسة.
• أضراس قاطعة، بها نتوءات حادة، والتي بها يقطع اللحم ويسلخه عن العظم (3 في نصف الفك السفلي، وأربعة في نصف الفك الأعلى).
• قواطع صغيرة (ثلاثة في كل نصف فك).

أما الفك الأسفل، فهو غير قابل للتحرك إلا عموديًا، نظرًا لشكل لقمته، وطبيعة ترابطها بالجمجمة.

يدعم جسم القط هيكل عظمي، حيث يربط العمود الفقري بين أهم أجزائه ، وهو عمود مؤلف من فقرات متراصة.

يسير القط على أصابعه الخمس، لا على باطن قدمه كالإنسان، فهو إذن من الإصبعيات. ويوجد تحت أصابعه وسيدات مطاطة، تجعله يسير دون أن يحدث ضجة.

وأثناء سير القط تكون مخالبه منكمشة، لا تمس الأرض فتبقى حادة، غير أنه يستطيع أن يبرزها فجأة، بفضل تقلص عضلة خاصة، ليمسك بفريسته مثلاً، ويمنعها من الحركة.

الضــــــــــــوء

عندما ينفذ الضوء إلى أعيننا، فإننا نرى الشىء أو الجسم الذي صدر منه الضوء. فإذا كان الضوء قد صدر من بصيلة مصباح متوهج، فإننا نرى البصيلة. وإذا كان الضوء قد ارتد من منضدة أو مقعدة، فإننا نرى المنضدة أو المقعد.
ومسار حزمة الضوء تحدده خطوط مستقيمة تسمى "الأشعة" وحينما ترتد الأشعة الضوئية أو تنعكس على مرآة مسطحة، فإنها تغادر المرآة بنفس زاوية سقوطها عليها.

انحناء الضـــــــــــــوء:

عندما تسطع حزمة ضوئية على مادة شفافة، مثل بركة من الماء الرائق، فإن بعضًا منها يدخل الماء، إلا أن اتجاه الحزمة يتغير حينئذ، وتغير الاتجاه، الذي يسمى "الانكسار"، يحدث بعض تأثيرات تثير الاهتمام. فإذا نظرت إلى سمكة تسبح في بركة، فإنها تبدو أقرب مما هي في الواقع، وذلك لأن الأشعة الضوئية من السمكة تنكسر عند خروجها من الماء.

ما الضــــــــــــــــوء؟

يمكن أحيانًا للإلكترونات التي تدور حول نواة ذرة أن تنتقل من غلاف إلكتروني إلى غلاف آخر، وعندما يقفز الإلكترون إلى غلاف أقرب إلى النواة، يمكن تصوره على أنه تيار كهربائي صغير. هذا التيار ينتج نبضة من المغنطيسية والكهرباء في الحيز المحيط بالذرة، نشاهدها كومضة ضوئية. فالضوء نوع من الموجات الكهرومغناطيسية على هيئة تموج أو نبضة من الكهرباء والمغناطيسية تنتشر خلال الفضاء مثل تموجات الماء على بحيرة.

قــــوس قـــــــــــــزح:

تشاهد قوس قزح عندما يسقط ضوء الشمس الذي يسطع من خلفك على قطرات الماء (المطر عادة) المتساقطة أمامك. وغالبًا ما تشاهد قوس قزح ثانويًا وأكثر خفوتًا خارج قوس قزح الأولى. الألوان في قوس قزح الثانوي تكون عكس الألوان في الأولى. وقوس قزح الأولى يحدثه الضوء القادم من الشمس بانكساره أولاً عند دخوله قطرة من الماء، ثم بانعكاسه من ظهر القطرة. وعند نفاذه من القطرة ينتشر على هيئة شريط من الألوان. وقوس قزح الثانوي يحدثه الضوء الذي ينعكس مرتين داخل قطرة قبل نفاذه منها. والانعكاس الإضافي هو الذي يعكس ترتيب الألوان.

الكهربـــــــاء والمغناطيســـــــية

عندما تضغط بإصبعك على زر جرس، فإن الكهرباء تسرى من بطارية إلى الجرس، وتجعل من ملف من السلك مغناطيسًا، فيجذب ذراعًا تدق الجرس، من الواضح إذن أن الكهرباء والمغناطيسية وثيقا الترابط.
في معظم المواد، تبقى الإلكترونات في داخل الذرات أو الجزيئات، ولكن في بعض الفلزات يمكن لبعض الإلكترونات أن تتحرك فيما حولها بحرية، وعادة لا تتحرك الإلكترونات الحرة في سلك معدني في أي اتجاه معين، ولكن إذا وصلت طاريى بطرفي سلك فإن الجهد (الضغط) الكهربائي للبطارية يجعل الإلكترونات جميعًا تتحرك في الاتجاه نفسه على طول السلك تجاه الطرف الموجب للبطارية، مولدة تيارًا كهربائيًا.
لكن ليس كل الإلكترونات الحرة تسرى من موضع إلى آخر، بل تظل ساكنة، وهذا ينتج ما يسمى بالكهرباء الساكنة (الاستاتيكية)، ويمكنك أن تشاهد فعل الكهرباء عندما تمشط شعرك، فبعض الإلكترونات ينقلها الدلك من الشعر إلى المشط، فيصير المشط سالب الشحنة، على حين يصير شعرك موجب الشحنة لأنه فقد إلكترونات. والشحنات المضادة تتجاذب، لذلك فإن شعرك ينتصب في اتجاه المشط.

المغناطيسيات الكهربائية:

عندما تسرى الإلكترونات على طول سلك فإنها تنتج تأثيرات كهربائية. ويتأثر المغناطيس الصغير أو إبرة البوصلة إذا سرى تيار كهربائي في سلك قريب منها. وتنحرف إبرة البوصلة عندما يبدأ التيار في السريان، يوضح هذا أن التيار الكهربائي ينتج مجالاً مغناطيسيًا في الحيز المحيط بالسلك.
ويسمى السلك ذو التأثير المغناطيسي القوي "مغناطيسًا كهربائيًا" والقدرة المغناطيسية للمغناطيس الكهربائي (أو لأي مغناطي آخر) تكون على أشدها عند نقطتين تسميان "القطبين"، ويوجدان عادة بالقرب من طرفي المغناطيس، وإذا سمح للمغناطيس بحرية الترجح (كما في البوصلة)، فإن قطبه الشمالي يشير إلى اتجاه الشمال. إن الأقطاب المتضادة تتجاذب والأقطاب المتشابهة تتنافر، أي يبعد بعضها عن بعض.
المجالات المغناطيسية وخطوط القوة حول قضيب، وبين قطبي مغناطيسيين متماثلين ومتضادين، وحول ملف كهربائي.

المغناطيسات الذريـــــة:

الإلكترونات التي تدور حول النواة في مادة مثل الحديد أو الفولاذ (الصلب) تجعل الذرات تسلك كمغناطيسات كهربائية صغيرة. عند انعدام مغنطة الفلز، تتخذ هذه المغناطيسات الصغرية اتجاهات مختلفة بحيث يلغي بعضها بعضًا. وإذا وضع قضيب من الفلز في ملف سلك يسرى فيه تيارٌ كهربائي، تتسامت المغناطيسات الصغرية بحيث تتخذ جميعًا نفس الاتجاه، وتتحد مغناطيسيتها لجعل القضيب مغناطيسًا قويًا.

مغناطيســــــية الأرض:

نحن نعيش على مغناطيس ضخم، فالأرض (الكرة الأرضية) تشبه القضيب المغناطيسي العادي من حيث إن لها قطبين مغناطيسيين، يقعان قريبًا من القطبين الشمالي والجنوبي الجغرافيين (وليس عندهما تمامًا). ومغناطيسية هذينالقطبين هي التي تجعل إبرة البوصلة تشير إلى الشمال والجنوب. ومغناطيسية الأرض تنتجها الصهارة الفلزية التي تكمن في أعماق باطن الأرض ومع دوران الأرض، تنشأ تيارات كهربائية في الصهارة الفلزية، منتجة تأثيرًا مغناطيسيًا.

الجوامد، والسوائل ، والغازات

جامـــــــد

لا تتوقف الذرات والجزيئات عن الحركة أبدًا، وحتى في الجوامد (المواد الجامدة)، كقطعة عملة معدنية أو كتلة من الخرسانة، فإن الذرات والجزيئات تهتز اهتزازًا طفيفًا، وتتحرك في السوائل بنشاط أكثر نسبيًا، أما في الغازات فإنها تتحرك بنشاط فائق.

الجوامــــــــد (المـــــواد الجامـــــدة):

تكون الذرات والجزيئات في الجوامد متقاربة بعضها من بعض. ورغم أنها تكون قادرة على الاهتزاز إلى حد ما، إلا أنها تظل في الموضع نفسه تقريبًا. وعند تسخين المادة الجامدة، تبدأ الذرات والجزيئات في التحرك بسرعة أكبر، وكلما ارتفعت درجة الحرارة، تزايدت سرعة  حركتها، وفي النهاية، فإنها تهتزبسرعة تمكنها من الانتقال من موضعها، حينئذ ينصهر الجامد، ويصير سائلاً

الحالة السائلة

الســــــــــــــوائل:

الحالة الغازية

تتحرك الذرات والجزيئات في السوائل بحرية نوعًا، رغم أن المجموعات السائبة يمكن أن تترابط معًا لفترات قصيرة. والفرق الجوهري بين السوائل والجوامد هو أن الذرات والجزيئات في السائل لا تكون مقيدة بمنطقة أو مكان معين، بل تكون حرة التحرك والانسياب. وهكذا يمكن للسائل أن ينساب بسهولة وأن يتخذ شكل الوعاء الذي يحتويه.

الغـــــــــــــــــــــازات:

عند تسخين سائل ما، قد تكتسب بعض الذرات والجزيئات قدرًا كافيًا من الطاقة يمكنها من الانفلات عبر السطح وتكوين غاز، وجزيئات الغاز تتحرك بحرية تامة وتتزايد سرعتها مع زيادة سخونة الغاز بسهولة، نظرًا لوجود فراغات كبيرة بين الذرات والجزيئات.

داخــــل النجـــــوم:

في درجات الحرارة العالية جدًا. تتصادم ذرات الغاز فائقة السرعة وتتفكك لأي إلكترونات وذرات مشحونة كهربائيًا، تسمى "أيونات". ويسمى الغاز الناتج من هذه الإلكترونات والأيونات التي تتكون "بلازما" وتوجد البلازما في داخل النجوم، حيث تكون درجة الحرارة عالية جدًا. (تبلغ درجة الحرارة عند سطح الشمس 60000 درجة مئوية، وتصل في مركزها إلى 14 مليون درجة مئوية، وتتكون البلازما أيضًا داخل الكرة النارية التي ينتجها تفجير نووي، حيث تبلغ درجة الحرارة 100 مليون درجة مئوية، وهي من الارتفاع بحيث تكفي لتمزيق أي ذرة.

قوانين الغــــــــازات:

كان روبرت بويل أحد العلماء الأوائل الذين درسوا انضغاط الغاز. ولقد أثبت في عام 1662 أنه عند مضاعفة الضغط المسلط على غاز ما، فإن حجمه ينخفض إلى النصف. وعمومًا، فإن حاصل ضرب الضغط في الحجم يكون ثابتًا لكتلة معينة من الغاز عند درجة حرارة ثابتة. ولقد أصبح هذا معروفًا باسم "قانون بويل".
هناك قانون هام آخر، هو قانون شارلز 1787، الذي يصف تمدد الغاز عند تسخينه، وينص هذا القانون على أنه إذا كان حجم غاز ما معلومًا عند درجة حرارة الصفر المئوية، فإن الحجم يتزايد أو يتناقص بنسبة 1/273 من هذه القيمة لكل درجة حرارة مئوية واحدة من الارتفاع أو الانخفاض. وعند درجة -273 درجة مئوية، سيكون ضغط الغاز صفرًا. وعلى ذلك يجب أن تكون هذه هي أقل درجة حرارة ممكنة، وتسمى "الصفر المطلق". عغند درجة الحرارة هذه تكون الذرات والجزيئات ساكنة تمامًا، فلا يتصادم بعضها مع بعض.

الرمــــــوز الكيميائيــــــة

يستعمل العلماء رموزًا تتكون من حرف أو اثنين (أو أكثر) من حروف الهجاء لتمثيل العناصر. فرمز الهيدروجين هو (H) ، ورمز الأكسجين هو (O) وتستعمل الرموز ذاتها لتبين العناصر التي يحتويها مركب ما. فالماء، مثلاً، يتألف الجزئ منه من ذرتي هيدروجين وذرة أكسجين واحدة؛ لذا فإن رمزه هو H2O.

ويمكن التعبير عن التغيرات الكيميائية باستعمال الرموز ذاتها. فعند اتحاد الهيدروجين مع الأكسجين لتكوين الماء، يكتب التفاعل هكذا: 

2H2 + O2---->2H2O

وهذا يعني أن جزيئين من الهيدروجين (كل منهما يتألف من ذرتي هيدروجين) يتحدان مع جزئ أكسجين (يتألف من ذرتي أكسجين) للحصول على جزيئين من الماء.

النظــــــــائر:

قد وجد العلماء أن ذرات عنصر ما تحوي دائمًا نفس العدد من البروتونات في نواتها، لكن عدد النيوترونات قد يتباين. والذرات التي لها عدد البروتونات نفسه، ولكن نيوتروناتها متباينة في العدد تسمى "النظائر". وكل عنصر له عدة نظائر. فالهيدروجين مثلاً له ثلاثة نظائر. وأكثر نظائر الهيدروجين انتشارًا ذو بروتون واحد ولا نيوترونات في نواته. أما نظيره المسمى "الديوتريوم" ففي نواته نيوترون واحد، وفي نواة نظيره الثالث "الترينيوم" نيوترونان.

النشــــــــاط الإشـــــعاعي:

كثيرٌ من النظائر نواتها مستقرة ولا تتغير، لكن بعضها تكون نواته غير مستقرة، وهي تصدر طاقة على هيئة إشعاع لتصبح أكثر استقرارًا، وتوصف بأنها ذات نشاط إشعاعي (أو ذات فاعلية إشعاعية). وتصدر النظائر ذات النشاط الإشعاعي ثلاثة أنواع من الإشعاع.

فإشعاع ألفا يتكون من جسيمات دقيقة تسمى "جسيمات ألفا" يترابط في الجسيم منها بروتونان وينوترونان. والنوع الثاني هو إشعاع بيتا الذي يتكون من إلكترونات عالية الطاقة. والثالث هو إشعاع جاما، أو الأشعة السينية عالية الطاقة.

العناصــــــــــــر والمــــركبات

كل مادة في الكون إما أن تكون عنصرًا أو مركبًا، فالعنصر مادة تتألف من نوع واحد من الذرات. ويوجد ما يزيد قليلاً على 100 عنصر معروف. وعندما يتحد عنصران أو أكثر نتيجة لتفاعل كيميائي، فإن ذرات العناصر تترابط معًا لتكوين جزيئات ، وينتج مركب، أي أن المركب مادة تتألف من أنواع مختلفة من الذرات مترابطة معًا لتكون جزيئات.
وللمركبات خواص مختلفة جدًا عن خواص العناصر المكونة لها، فمثلاً، الصوديوم فلز يشتعل عند ملامسته للماء، والكلور غاز أصفر سام. إلا أن هذين العنصرين يتحدان لتكوين مركب له خواص مألوفة ـ هو ملح الطعام (كلوريد الصوديوم).

الجدول الــــــــدوري:
إذا رتبت العناصر في قائمة وفقًا لعددها الذري، يلاحظ أن العناصر ذوات الخواص المتشابهة تقع في مواضع محددة منها. ومن الممكن رسم جدول، يسمى الجدول الدوري، يبين هذا التشابه.
في الجدول الدوري، توجد العناصر ذوات الخواص المتشابهة في الأعمدة الرأسية. فمثلاً، يوجد الهليوم، والنيون، والأرغون، والكريتون، والزينون، والرادون، في العمود الأيمن. وكل هذه الغازات متشابهة إلى حد كبير. وهي تسمى "غازات نبيلة" لأنها خاملة جدًا كيماويًا. والعناصر الموجودة في كل عمود تصبح أكثر فاعلية مع التحرك نزولاً عبر الجدول. وأكثر العناصر فاعلية هي الموجودة في عمودي الليثيوم والفلور.

ويرتبط موضع العنصر في الجدول الدوري بكيفية ترتيب إلكتروناته حول النواة؛ فالغازات النبيلة الخاملة ذات غلاف خارجي مستقر من الإلكترونات، والعناصر النشطة الفاعلية الموجودة إلى اليسار ذات غلاف خارجي يحتوي إلكترونيًا واحدًا فقط.

الذرات والجزيئات - 2 -

الكواركـــــــــات:

في التجارب الحديثة تُسبر حزم الجسيمات عالية الطاقة دواخل البروتونات والنيوترونات ذاتها. وتبين هذه التجارب أن البروتونات تحوي جسيمات أشد صغرًا منها تسمى "كواركات" ويحوي كل من البروتون والنيوترون ثلاثة كواركات.

تكون الجـــــــــزيئات:تتكون الجزيئات بترابط الذرات معًا إلكترونيًا بالتشارك أو المناقلة. فمثلاً، ترتبط ذرة صوديوم مع ذرة كلور بالمناقلة، حيث ينتقل إلكترون من ذرة الصوديوم إلى ذرة الكلور. وينتج الانتقال غلافًا خارجيًا ثماني الإلكترونات في كلتا الذرتين. لكن الانتقال ينتج أيضًا شحنتين كهربائيتين على الذرتين ترباطنهما معًا. هذا النوع من الترابط يسمى "ترابطًا أيونيًا".
هناك نوع آخر من الترابط ، هو "الترابط الإسهامي" كالذي ينشأ بين ذرات الكلور . فذرة الكلور تحوي عادة سبعة إلكترونات في غلافها الخارجيز وتترابط ذرتا كلور معًا بالتشارك في إلكترونين، واحد من كل ذرة، وهذا الترتيب يكمل الغلاف الخارجي لكل ويكن منهما جزيئًا مستقرًا.

العدد الــــــــذرى:

إن عدد البروتونات في النواة يساوي عادة عدد الإلكترونات التي تدور حولها، بحيث تكون الذرة بمجملها متعادلة كهربائيًا. ويسمى عدد البروتونات في نواة الذرة "العدد الذري".

الذرات والجزيئات

يتكون كل شىء في الكون من جسيمات دقيقة تسمى الذرات. والذرات ضئيلة جدًا؛ فإذا وضعت عشرة ملايين ذرة جنبًا إلى جنب، فإنها لن تبلغ المليمتر طولاً. وفي معظم المواد، تترابط الذرات معًا لتكوين الجزيئات، وتتألف غالبية الجزيئات من أعداد صغيرة من الذرات، ولكن بعضًا منها يحتوى على عدة مئات بل عدة آلاف من الذرات.

في داخل الــــــــذرة:

يوجد في كل ذرة جزء مركزي ثقيل يسمى النواة، وتحتوى النواة على جسيمات تسمى بروتونات (باستثناء ذرة الهيدروجين العادي) نيوترونات، وتدور حول النواة جسيمات أخف بكثير تسمى إلكترونات.
ويحمل كل إلكترون شحنة كهربائية ضئيلة، كذلك فإن كل بروتون في النواة يحمل شحنة كهربائية، إلا أنها من نوع مختلف. فشحنة البروتونات موجبة، أما الإلكترونات فشحنتها سالبة، في حين لا تحمل النيوترونات أية شحنة كهربائية.