آزمایش های فیزیک

آزمایش پرنده در قفس

 

نگ ها هنگامی رویت می شوند که سلول های گیرنده (سلول های مخروطی) شبکیه ی چشم، توسط نور تحریک شوند. سه نوع سلول مخروطی وجود دارد که هر کدام به یک محدوده از رنگ ها حساس هستند. اگر یک یا چند سلول از این سه نوع سلول مخروطی دچار خستگی شوند تا جایی که قدرت پاسخگویی آن ها کمتر از حالت معمول شود، رنگی که از یک جسم دریافت می شود، تغییر خواهد کرد.

وسایل مورد نیاز

• 4 قطعه کاغذ یا مقوای سفید
• سه کاغذ به رنگ قرمز روشن، سبز و آبی
• خودکار سیاه
• قیچی
• چسب

شرح آزمایش

با کاغذهای رنگی، شکل های یکسانی، مانند یک پرنده یا یک ماهی ببرید. هر کدام را روی یکی از مقواهای سفید بچسبانید. یکی از مقواهای سفید را خالی بگذارید. یک چشم سیاه برای هر پرنده یا ماهی ببرید ( یا می توانید با خودکار سیاه آن را بکشید). اگر شکل پرنده را انتخاب کرده اید، روی مقوای سفید چهارم، طرح قفس یک پرنده را بکشید. اگر از شکل ماهی استفاده می کنید، روی مقوا شکل یک تنگ ماهی بکشید. ( خلاق باشید )
مقواها را در جای روشنی قرار داده ( روشنایی کافی در این آزمایش یکی از عوامل مهم است ) و به مدت 15 إلی 20 ثانیه به چشم پرنده ی قرمز خیره شوید. سپس به سرعت به قفس پرنده نگاه کنید. چه می بینید؟
یک پرنده ی آبی مایل به سبز در قفس خواهید دید. حالا این مراحل را با خیره شدن به پرنده ی سبز تکرار کنید. چه می بینید؟
یک پرنده ی آبی مایل به قرمز ( سرخ فام ) در قفس خواهید دید. در نهایت به پرنده ی آبی خیره شوید. این بار چه می بینید؟ باید یک پرنده ی زرد در قفس ببینید.
اگر از شکل های آبی استفاده می کنید، همین کار را با آن ماهی و تنگ انجام دهید.

چه اتفاقی در حال وقوع است؟

ماهی ها و پرنده های روح مانندی که در این آزمایش دیدید، " پس دید " نامیده می شوند. پس دید تصویری است که شما حتی هنگامی که نگاه خود را از روی یک شئ برمی دارید، همچنان دیده می شود.
پشت چشم شما توسط سلول های حساس به نوری به نام های "میله ای " و " مخروطی" پوشیده شده است. سلول های مخروطی به نورهای رنگی حساسند و هر کدام از سه نوع مخروطی به محدوده ی معینی از رنگ ها حساس است.
هنگامی که به پرنده ی قرمز خیره می شوید، تصویر پرنده در ناحیه ای از شبکیه ی چشم شما می افتد. سلول های حساس به نور قرمز در آن ناحیه به تدریج دچار خستگی شده و پاسخگویی آن ها به نور قرمز ضعیف تر می شود. تخته ی سفید، نورهای قرمز، آبی و سبز را به درون چشم شما منعکس می کند ( زیرا رنگ سفید از همه ی این رنگ ها تشکیل شده است ). زمانی که بطور ناگهانی جهت نگاه خود را تغییر داده و به تخته ی سفید خالی می نگرید، سلول های حساس به نور قرمز که دچار خستگی شده اند، به انعکاس نور قرمز جواب نمی دهند. اما سلول های مخروطی حساس به رنگ آبی و رنگ سبز، به نورهای آبی وسبز منعکس شده، به خوبی پاسخ می دهند. در نتیجه، هر کجا که سلول های حساس به نور قرمز، به آن پاسخ نمی دهند، شما یک پرنده ی سبز مایل به آبی می بینید.
هنگامی که به پرنده ی سبز خیره می شوید، مخروطی های حساس به نور سبز، دچار خستگی می شوند. بنابراین وقتی که شما به تخته ی سفید می نگرید، چشم شما فقط به نورهای قرمز و آبی منعکس شده پاسخ می دهد و شما یک پرنده ی قرمز- آبی ( سرخ فام ) خواهید دید. به دلیل مشابه، وقتی به یک شئ آبی خیره می شوید، مخروطی های حساس به نور آبی دچار خستگی شده و نورهای قرمز و سبز منعکس شده ترکیب می شوند. 
 

آزمایش پس دید

پس از نگاه کردن به یک جسم روشن- مانند یک لامپ یا فلاش دوربین عکاسی – ممکن است حتی پس از این که نگاه خود را از آن برمی دارید تصویر آن جسم را ببینید. این اثر پایدار بصری "پس دید" نامیده می شود.

وسایل مورد نیاز

• چراغ قوه
• کاغذ سفید
• نوار سیاه مات ( مانند نوار کاست )

شرح آزمایش

کاغذ سفید را روی شیشه ی چراغ قوه چسبانده و همه ی نقاط آن را با نوار چسب سیاه بپوشانید. در وسط ،قسمتی را خالی بگذارید تا نور از آن بیرون بتابد. این قسمت خالی می تواند مربع، مثلث یا هر شکل ساده و قابل تشخیص دیگری باشد.
در یک اتاق تاریک چراغ قوه را روشن کنید . همانند شکل آن را به طرف چشم خود گرفته و به مدت 30 ثانیه به نقطه ای از شکل روشن وسط آن خیره شوید. سپس به یک دیوار خالی نگاه کنید و چندین دفعه چشمانتان را باز و بسته کنید. به شکل و رنگ تصویری که روی دیوار می بینید توجه کنید.
آزمایش را دوباره انجام داده و این بار پس از نگاه کردن به چراغ، به کف دست، وبار دیگر به دیواری که در فاصله ی دورتری قرار دارد خیره شوید . اندازه ی تصویری که روی کف دست و روی دیوار می بینید را با هم مقایسه کنید.
حال چشم چپ خود را بسته و با چشم راست به شکل روشن وسط چراغ قوه خیره شوید. سپس چشم راست را ببندید و با چشم چپ به دیوار سفید نگاه کنید. آیا هیچ پس دیدی می بینید؟

چه اتفاقی در حال وقوع است؟

این پدیده به خاطر تغییر شیمیایی که نور وارد شده به چشم بر روی شبکیه ی چشم ایجاد می کند ، دیده می شود. (شبکیه، پوشش حساس به نوری است که در پشت چشم قرار دارد).
تحریک طولانی توسط یک تصویر روشن (در اینجا منبع نور)، حساسیت شبکیه را از بین می برد. وقتی به یک دیوار سفید نگاه می کنید، نور منعکس شده از دیوار به شبکیه ی چشم شما می تابد. بخشی از شبکیه که توسط نور چراغ قوه حساسیت خود را از دست داده، به خوبی دیگر نقاط شبکیه، به نور ورودی جدید پاسخ نمی دهد. این قسمت همانند یک پس دید معکوس به نظر می رسد: بخش تاریکی که با شکل اولیه مطابقت می کند. این پس دید ممکن است به مدت 30 ثانیه یا بیشتر باقی بماند.
اندازه ی ظاهری پس دید نه تنها به اندازه ی تصویر روی شبکیه ، بلکه به فاصله ای که با شکل دارید نیز بستگی دارد. وقتی به دست خود نگاه می کنید، پس دید معکوس را روی آن می بینید. بدلیل اینکه دست شما به شما نزدیک است، تصویر را نسبتاً کوچک تر می بینید. وقتی به یک دیوار دور می نگرید، پس دید معکوس را روی آن می بینید، ولی این به اندازه ی پس دیدی نیست که روی دست خود دیدید. پس دید روی دیوارخیلی بزرگ تر است. پس دید در واقع روی دیوار یا روی دست شما نیست، بلکه روی شبکیه ی چشم شماست. اندازه ی پس دید واقعی تغییر نمی کند، فقط تعبیر شما از اندازه ی آن تغییر می کند.
با این معلومات می توانیم یکی از خطاهای دیدی که ممکن است به آن توجه کرده باشید را توضیح دهیم:
ماه کامل گاهی اوقات وقتی نزدیک افق است، بزرگ تر از زمانی که بالای سر ما قرار دارد به نظر می رسد. قرص ماه در هر دو حالت به یک اندازه است، و تصاویر آن هم در هر دو حالت دقیقاً به یک اندازه هستند. پس چرا ماه در یک موقعیت بزرگ تر از موقعیت دیگر به نظر می رسد؟
یک توضیح به این اشاره می کند که شما افق را همانند آسمان بالای سر خود دور می بینید. این باعث می شود که وقتی ماه نزدیک افق است، آن را بزرگ تر (دقیقاً مثل وقتی که شما "پس دید" را روی دیوار دور بزرگ تر دیدید) ، و وقتی بالای سرتان است، کوچک تر(مانند پس دید کوچک تر روی کف دست) تصور کنید.
پس دید معکوس از یک چشم به چشم دیگر منتقل نمی شود. این نشان می دهد که آن ها روی شبکیه تشکیل می شوند و نه در قشر بصری مخ ( جایی که سیگنال ها با هم ترکیب  

می شوند). 
 

آزمایش آسمان آبی

مقدمه

با انجام این آزمایش، شما می توانید توضیح دهید چرا آسمان آبی و غروب خورشید قرمز است. وقتی نور خورشید از اتمسفر می‌گذرد، نور آبی بیشتر از رنگهای دیگر پراکنده می‌شود و یک رنگ زرد - نارنجی در نور عبور کرده باقی می‌گذارد.

وسایل مورد نیاز

• یک ظرف پلاستیکی شفاف یا یک بشر یا ظرف شیشه‌ای یا آکواریوم
• یک فلاش یا پروژکتور (نور افکن)
• شیر خشک
• فیلتر قطبی کننده (مثل عدسیهای قطبی شده عینک)
• مقوای سفید (به عنوان پرده)

شرح آزمایش

ظرف شیشه ای را از آب پر کنید و منبع نور را (مانند شکل زیر) طوری قرار دهید که پرتوهای نور از ظزف آب بگذرند. شیر خشک را کم کم به آب اضافه کنید و آن را به هم بزنید. تا زمانی که بتوانید شعاعهای نور را ببینید. همانند شکل یکبار از کنار و بار دیگر از انتها به ظرف نگاه کنید. شما همچنین می‌توانید صفحه مقوایی را در انتهای ظرف ، جایی که نور به آن بتابد نگاه دارید. از کنار ظرف رنگ شعاعها سفید مایل به آبی به نظر می‌رسند ولی از انتهای ظرف ، زرد - نارنجی دیده می‌شوند. اگر به اندازه کافی به آب شیر اضافه کرده باشید، می‌توانید تغییر رنگ شعاع نور از آبی - سفید به زرد - نارنجی را در طول شعاع ببینید. 


 

اگر می‌خواهید از یک شعاع نور باریک استفاده کنید، به کمک یک منگنه ، سوراخی در یک اسلاید سیاه یا فیلم عکاسی 35 میلیمتری یا کارت مقوایی ایجاد کنید. اسلاید ، فیلم یا کارت مقوایی را در پروژکتور قرار دهید (در کنار عدسی نگذارید). پروژکتور را تنظیم کنید تا یک پرتو نور باریک بدست آورید.

چه اتفاقی در حال وقوع است؟  

خورشید تولید کننده نور سفید است. این نور سفید از همه رنگها تشکیل یافته است: قرمز ، نارنجی ، زرد ، سبز ، آبی ، نیلی ، بنفش. نور موج است و هر کدام از رنگها به یک فرکانس معین و در نتیجه به یک طول موج معین از نور مربوط می‌باشد. رنگها در رنگین کمان بر اساس فرکانس ترتیب یافته‌اند: نور بنفش ، نیلی و آبی، از نورهای قرمز، نارنجی و زرد، فرکانس بالاتری دارند.

وقتی نور خورشید از اتمسفر زمین می گذرد و با مولکول های گازهای درون جو برخورد می کند، پراکنده می شود. هر چقدر طول موج نور کوتاهتر باشد، بیشتر توسط اتمسفر پراکنده می‌شود، بدلیل این که طول موج نور آبی از طول موج نور قرمز بزرگتر است، حدود 10 برابر بیشتر پراکنده می‌شود. وقتی به آسمان نگاه می‌کنید، رنگ آبی آسمان همان نور آبی پراکنده شده است.


چرا خورشید در حال غروب نارنجی مایل به قرمز دیده می‌شود؟ وقتی خورشید در افق است، نسبت به وقتی در بالای سر شماست، مسیر طولانی‌تری را طی می‌کند تا به چشم شما برسد. بیشتر نور آبی خورشید در هنگام غروب پراکنده می‌شود. رنگی که در نهایت می‌بینید، نارنجی مایل به قرمز است (رنگ نور سفید منهای آبی). طول موج نور بنفش حتی از طول موج نور آبی هم کوتاهتر است و بارها بیشتر از نور آبی پراکنده می‌شود. پس چرا آسمان بنفش است؟ خورشید بیشتر نور آبی گسیل می‌کند تا بنفش ، بنابراین بیشتر نور پراکنده شده در آسمان آبی است.