الموجات والبصريات

مقدمة

يدرس هذا المقرر كيف تنتقل الاضطرابات والطاقة على هيئة موجات، وكيف يمكن لنموذج الموجة ونموذج الشعاع أن يفسرا كثيرًا مما تسمعه وتراه كل يوم. ستبدأ من الاهتزازات والحركة الدورية، ثم تنتقل إلى وصف الموجات وخصائصها، والصوت، والتداخل والحيود، وانعكاس الضوء وانكساره، ثم إلى البصريات الهندسية وتكوّن الصور بالمرايا والعدسات.

المقرر موجّه إلى متعلمي المرحلة الثانوية العليا، ويجمع بين الفهم المفاهيمي والحسابات والتجارب الآمنة والمحاكاة الرقمية. لا يكفي أن تحفظ قانونًا؛ الهدف أن تتمكن من تفسير رسم موجي، وقراءة قياسات، وبناء حجة فيزيائية، واختيار النموذج المناسب للموقف.

من المهم قبل البدء أن تكون مرتاحًا مع الجبر الأساسي، والتناسب، وقراءة الرسوم البيانية، واستخدام الدوال المثلثية البسيطة في المثلث القائم. ستحتاج كذلك إلى وحدات النظام الدولي، وخاصة الثانية والهرتز والمتر والمتر لكل ثانية.

أهداف التعلم

بنهاية المقرر تستطيع أن:

تميّز بين الاهتزاز والحركة الموجية، وبين الموجات الميكانيكية والكهرومغناطيسية.
تستخدم السعة والزمن الدوري والتردد والطول الموجي والسرعة لوصف موجة وصفًا كميًا.
تطبق العلاقة v = fλ وتفسر كيف تتغير الكميات عند انتقال الموجة بين وسطين.
تفسر الانعكاس والانكسار والتداخل والحيود والموجات الواقفة والرنين.
تربط خصائص الموجة الصوتية بحدة الصوت وعلوه ونبرته، وتحسب مسافة باستخدام الصدى.
تستخدم قانون الانعكاس وقانون سنيل وتفهم الانعكاس الكلي الداخلي.
ترسم أشعة رئيسية لتحديد موضع الصورة وصفاتها في المرايا والعدسات الرقيقة.
تقارن بين نموذج الموجة ونموذج الشعاع وتحدد حدود كل منهما.
تجمع بيانات من تجربة أو محاكاة، وتمثلها بيانيًا، وتستخلص علاقة فيزيائية مدعومة بالأدلة.

من الاهتزاز إلى الموجة

الاهتزاز والحركة الدورية

الاهتزاز حركة تتكرر ذهابًا وإيابًا حول موضع اتزان. إذا عاد النظام إلى الحالة نفسها بعد فترات زمنية متساوية فالحركة دورية. السعة هي أكبر إزاحة عن موضع الاتزان، والزمن الدوري T هو زمن دورة كاملة، والتردد f هو عدد الدورات في الثانية. لذلك f = 1/T وT = 1/f. وحدة التردد هي الهرتز، أي دورة واحدة في الثانية.

في نموذج الحركة التوافقية البسيطة تكون قوة الإرجاع متناسبة مع الإزاحة ومعاكسة لها. النابض والبندول عند زوايا صغيرة مثالان تقريبيان مفيدان، لكن الأنظمة الحقيقية تفقد بعض طاقتها بسبب التخميد. إذا دفعت نظامًا دوريًا بتردد قريب من تردده الطبيعي فقد تصبح السعة كبيرة؛ تسمى هذه الظاهرة الرنين.

مثال حسابي: إذا أكمل جسم 25 اهتزازة في 10 ثوان، فإن تردده 2.5 هرتز، والزمن الدوري 0.40 ثانية.

كيف تنشأ الموجة؟

الموجة اضطراب ينتشر ناقلًا الطاقة والمعلومات من مكان إلى آخر. في الموجة الميكانيكية تهتز أجزاء الوسط حول مواضع اتزانها، لكنها لا تسافر مع الموجة لمسافات كبيرة. لهذا لا تعني حركة قمة على حبل أن كل جزء من الحبل ينتقل مع القمة.

تحتاج الموجات الميكانيكية، مثل موجات الحبل والصوت، إلى وسط مادي. أما الموجات الكهرومغناطيسية، ومنها الضوء المرئي، فيمكنها الانتشار في الفراغ. في الموجة المستعرضة يكون اتجاه الاهتزاز عموديًا على اتجاه الانتشار، بينما يكون موازيًا له في الموجة الطولية.

متحرك يوضح انتشار موجة طولية وتناوب مناطق التضاغط والتخلخل — متحرك يوضح انتشار موجة طولية.

وصف الموجات وحساباتها

الكميات الأساسية

الطول الموجي λ هو المسافة بين نقطتين متتاليتين لهما الطور نفسه، مثل قمتين متتاليتين. التردد f يحدد عدد الاهتزازات في الثانية. سرعة الموجة v هي سرعة انتقال النمط أو الطور في الوسط. ترتبط هذه الكميات بالعلاقة:

v = fλ

إذا ثبتت سرعة الموجة وضاعفنا التردد، ينخفض الطول الموجي إلى النصف. أما إذا عبرت الموجة حدًا إلى وسط جديد وتغيرت السرعة، فعادة يبقى التردد الذي يفرضه المصدر ثابتًا بينما يتغير الطول الموجي.

مثال حسابي: موجة ترددها 5 هرتز وطولها الموجي 0.80 متر تتحرك بسرعة 4.0 متر لكل ثانية. وإذا كان الزمن الدوري لموجة 0.020 ثانية، فترددها 50 هرتز.

الطور والتراكب

الطور يصف موضع نقطة داخل دورة الاهتزاز. عندما تلتقي موجتان في المكان نفسه، تكون الإزاحة المحصلة هي مجموع الإزاحتين وفق مبدأ التراكب. إذا وصلت قمتان معًا يزداد مقدار الإزاحة ويحدث تداخل بنّاء. وإذا وصلت قمة من موجة مع قاع مناسب من أخرى، يحدث تداخل هدّام وقد تصبح الإزاحة المحصلة صغيرة جدًا.

لا يعني التداخل أن الموجتين تختفيان بعد التقائهما؛ في وسط خطي تواصل كل موجة انتشارها بعد منطقة التراكب. هذه الفكرة مركزية في فهم الصوت والضوء معًا.

الانعكاس والموجات الواقفة

عندما تصل موجة إلى حد قد تنعكس. نبضة حبل عند طرف ثابت تنعكس مقلوبة، بينما لا تنقلب بالطريقة نفسها عند طرف حر. إذا تراكبت موجتان متساويتان تقريبًا في التردد والسعة تتحركان في اتجاهين متعاكسين، يمكن أن تتكون موجة واقفة.

في الموجة الواقفة توجد عقد سعتها قريبة من الصفر وبطون سعتها عظمى. في وتر مثبت من الطرفين تكون المسافة بين عقدتين متتاليتين نصف طول موجي. هذه الفكرة تفسر أنماط الاهتزاز في الأوتار الموسيقية وأعمدة الهواء.

تجربة آمنة: موجة على حبل

ثبّت طرف حبل خفيف أو نابض طويل، وحرّك الطرف الآخر نبضة واحدة. راقب سرعة النبضة واتجاه انعكاسها. كرر التجربة مع طرف أكثر حرية إن أمكن. بعد ذلك ولّد اهتزازًا دوريًا وقارن ما يحدث عند تغيير التردد من دون تغيير شد الحبل قدر الإمكان. لا تحتاج إلى قياسات شديدة الدقة؛ الهدف هو ربط المشاهدة بمفاهيم الانعكاس والطول الموجي والتردد.

للاستقصاء الرقمي استخدم محاكاة موجة على وتر بالعربية. غيّر التردد والسعة والشد والتخميد، واستعمل المسطرة والمؤقت لاختبار العلاقة بين السرعة والتردد والطول الموجي.

الصوت كموجة

كيف ينتشر الصوت؟

الصوت في الهواء موجة ضغط طولية: تتعاقب مناطق التضاغط والتخلخل بينما تهتز جزيئات الهواء حول مواضعها. لا ينتشر الصوت في الفراغ لأنه يحتاج إلى وسط مادي. تعتمد سرعة الصوت على خواص الوسط ودرجة حرارته؛ في الهواء قرب 20 درجة مئوية تكون السرعة نحو 343 مترًا لكل ثانية، مع اختلافها بتغير الظروف.

حدة الصوت ترتبط أساسًا بالتردد المدرك، وعلو الصوت يرتبط بشدة الموجة واستجابة الأذن، بينما تساعد البنية الطيفية والتوافقيات في تحديد النبرة التي تميز آلة موسيقية عن أخرى حتى عند التردد الأساسي نفسه. مجال السمع البشري تقريبي ويختلف باختلاف الفرد والعمر؛ لذلك لا ينبغي التعامل مع حدود السمع كقيم ثابتة للجميع.

الصدى والقياس

الصدى مثال على انعكاس الموجات الصوتية. إذا قطع الصوت المسافة إلى حاجز ثم عاد إلى المستقبل، فالزمن المقاس هو زمن رحلة ذهاب وإياب. لذلك إذا كانت سرعة الصوت v وزمن الصدى t فإن بعد الحاجز هو d = vt/2.

مثال حسابي: إذا عاد الصدى بعد 0.40 ثانية وكانت سرعة الصوت 343 مترًا لكل ثانية، فإن المسافة إلى السطح العاكس تساوي 68.6 مترًا.

الضربات والرنين

إذا سمعت نغمتين متقاربتين قليلًا في التردد في الوقت نفسه فقد يتغير علو الصوت دوريًا. تسمى هذه الظاهرة الضربات، وتردد الضربات يساوي تقريبًا الفرق المطلق بين الترددين. أما الرنين فيحدث عندما يستجيب نظام بقوة لتردد قريب من أحد تردداته الطبيعية، كما في أوتار الآلات أو أعمدة الهواء.

يمكنك باستخدام مقدمة الموجات بالعربية مقارنة الماء والصوت والضوء، وتغيير التردد والسعة ومراقبة كيفية تمثيل الموجة في كل حالة.

التداخل والحيود

التداخل من مصدرين

عندما يصدر مصدران موجات مترابطة في الطور أو ذات فرق طور ثابت، تظهر مناطق يصل إليها المساران بفرق يسبب تداخلًا بنّاء ومناطق أخرى يحدث فيها تداخل هدّام. في تجربة الشقين للضوء، تتحول الشقوق إلى مصدرين مترابطين تقريبًا فتظهر أهداب مضيئة ومظلمة على الشاشة.

الحيود

الحيود هو انتشار الموجة وانحناؤها حول الحواف أو بعد المرور من فتحة. يصبح أثر الحيود واضحًا عندما يكون عرض الفتحة أو حجم العائق من رتبة الطول الموجي. لهذا تنحني الموجات الصوتية ذات الأطوال الموجية الكبيرة حول الأبواب والعوائق أكثر وضوحًا من الضوء المرئي في مواقف الحياة اليومية.

في الضوء لا يمكن فصل التداخل عن الحيود تمامًا في التجارب الحقيقية؛ فتوزيع الشدة في تجربة الشقين يتأثر بعرض كل شق وبالمسافة بين الشقين.

محاكاة التداخل والحيود

استخدم محاكاة تداخل الموجات بالعربية. ابدأ بمصدر واحد، ثم فعّل مصدرين. راقب خطوط العقد والبطون في الماء، ثم انتقل إلى الضوء وقارن أثر المسافة بين الشقين وعرض الفتحة والطول الموجي. قبل تغيير كل متغير، اكتب توقعك أولًا ثم اختبره.

سؤال تفكير: إذا كبرت الفتحة كثيرًا مقارنة بالطول الموجي، لماذا يبدو انتشار الموجة أقرب إلى خطوط مستقيمة؟ الإجابة ترتبط بضعف الأثر النسبي للحيود، وهي الجسر إلى نموذج الشعاع في البصريات الهندسية.

الضوء: انعكاس وانكسار

متى نستخدم نموذج الشعاع؟

الضوء موجة كهرومغناطيسية، لكن عندما تكون الأبعاد الهندسية للعدسات والمرايا والفتحات أكبر بكثير من الطول الموجي، يكون تمثيل الضوء بأشعة مستقيمة تقريبًا نموذجًا فعالًا. لا يلغي نموذج الشعاع الطبيعة الموجية للضوء؛ إنه تقريب يناسب مسائل معينة.

قانون الانعكاس

عند انعكاس شعاع عن سطح أملس، تقاس الزوايا من العمود المقام على السطح، ويكون زاوية السقوط = زاوية الانعكاس. يظل الشعاع الساقط والمنعكس والعمود المقام في مستوى واحد. في المرآة المستوية تظهر صورة معتدلة وهمية خلف المرآة على بعد يساوي بعد الجسم أمامها.

تجربة: ضع مرآة مستوية على خط مرسوم فوق ورقة، واستعمل مصدر ضوء ضيق وآمن أو صندوق أشعة مدرسي، وحدد مسار الشعاعين الساقط والمنعكس بقلم. قس الزاويتين بمنقلة. لا توجه مصادر ضوئية قوية إلى العين.

الانكسار وقانون سنيل

عندما ينتقل الضوء بين وسطين تختلف فيهما سرعة الضوء، يتغير اتجاهه غالبًا. يعرف معامل الانكسار بالعلاقة n = c/v حيث c سرعة الضوء في الفراغ وv سرعته في الوسط. يربط قانون سنيل بين زاوية السقوط وزاوية الانكسار:

n₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂

إذا انتقل الضوء من وسط أقل معامل انكسار إلى وسط أعلى معاملًا، ينحني الشعاع نحو العمود المقام. وإذا انتقل في الاتجاه المعاكس، ينحني بعيدًا عن العمود. التردد لا يتغير عند الحد، بينما تتغير السرعة والطول الموجي.

مثال حسابي: ينتقل شعاع من الهواء بمعامل 1.00 إلى زجاج بمعامل 1.50 بزاوية سقوط 30 درجة. من قانون سنيل: sin θ₂ = 1.00 × sin 30° ÷ 1.50 = 0.333 تقريبًا، ومنه θ₂ ≈ 19.5 درجة. النتيجة أصغر من زاوية السقوط، وهذا متسق مع الانحناء نحو العمود.

الانعكاس الكلي الداخلي والتشتت

إذا انتقل الضوء من وسط أعلى معامل انكسار إلى وسط أقل، توجد زاوية حرجة يمكن بعدها أن يحدث الانعكاس الكلي الداخلي. عند الزاوية الحرجة يكون الشعاع المنكسر بمحاذاة الحد، وتحقق تقريبًا sin θc = n₂/n₁ عندما n₁ أكبر من n₂. تعتمد الألياف البصرية على توجيه الضوء باستخدام الانعكاس الكلي الداخلي ضمن بنية مناسبة.

أما المنشور فيفصل الضوء الأبيض لأن معامل الانكسار يعتمد قليلًا على الطول الموجي، ولذلك تنكسر الألوان بزوايا مختلفة. تسمى هذه الظاهرة التشتت.

للتجربة الرقمية استخدم محاكاة انحناء مسار الضوء بالعربية. قارن بين أزواج من الأوساط، وقس الزوايا، واختبر قانون سنيل ثم ابحث عن الزاوية الحرجة.

البصريات الهندسية: المرايا والعدسات

الصور الحقيقية والوهمية

الصورة الحقيقية تتكون حيث تتقاطع الأشعة فعليًا ويمكن استقبالها على شاشة. الصورة الوهمية تتكون من امتدادات الأشعة ولا يمكن استقبالها على شاشة في موضع الصورة. قد تكون الصورة مكبرة أو مصغرة، معتدلة أو مقلوبة، تبعًا لنوع العنصر البصري وموضع الجسم.

المرايا الكروية

المرآة المقعرة تجمع الأشعة المتوازية القريبة من المحور الرئيسي نحو بؤرة تقريبية، بينما تفرق المرآة المحدبة الأشعة وتجعلها تبدو آتية من بؤرة وهمية. في التقريب المحوري للمرآة الكروية يكون البعد البؤري قريبًا من نصف نصف قطر التكور.

لرسم صورة بمرآة مقعرة، يكفي غالبًا تتبع شعاع مواز للمحور ينعكس مارًا بالبؤرة، وشعاع يمر بالبؤرة فينعكس موازيًا للمحور. تقاطع الشعاعين يحدد موضع الصورة ضمن التقريب الهندسي.

العدسات الرقيقة

العدسة المجمعة أكثر سماكة عادة في الوسط وتجمع الأشعة المتوازية نحو بؤرة حقيقية، بينما العدسة المفرقة تجعل الأشعة تتباعد كما لو خرجت من بؤرة وهمية. في العدسة المجمعة نستخدم ثلاثة أشعة رئيسية: شعاع مواز للمحور ينكسر عبر البؤرة البعيدة، وشعاع يمر بالبؤرة القريبة فيخرج موازيًا، وشعاع يمر قرب المركز البصري ولا ينحرف كثيرًا في نموذج العدسة الرقيقة.

يمكن حساب موضع الصورة في نموذج العدسة الرقيقة من العلاقة 1/f = 1/dₒ + 1/dᵢ مع الالتزام باتفاقية الإشارات المستخدمة في المقرر، كما يعطى التكبير الخطي بالعلاقة m = hᵢ/hₒ = -dᵢ/dₒ. لا تخلط بين الرمز f هنا للبعد البؤري والرمز f المستخدم سابقًا للتردد؛ المعنى تحدده سياقات المسألة ووحداتها.

مثال حسابي: عدسة مجمعة بعدها البؤري 10 سنتيمترات وجسم يبعد عنها 30 سنتيمترًا. ينتج عن معادلة العدسة dᵢ = 15 سنتيمترًا، ويكون التكبير m = -0.50، أي صورة حقيقية مقلوبة ونصف طول الجسم تقريبًا.

العين كنظام بصري

تجمع قرنية العين وعدستها الضوء لتكوين صورة حقيقية على الشبكية. يغير الجهاز البصري قدرته على التركيز للأجسام القريبة والبعيدة عبر التكيف. هذا لا يعني أن العين تعمل كعدسة رقيقة واحدة تمامًا؛ النموذج المبسط مفيد للتعلم، أما العين الحقيقية فهي نظام متعدد الأسطح والأوساط.

استخدم محاكاة البصريات الهندسية بالعربية لتحريك الجسم وتغيير العدسة أو المرآة. قبل كل تغيير، توقع هل ستكون الصورة حقيقية أم وهمية، معتدلة أم مقلوبة، ومكبرة أم مصغرة، ثم قارن توقعك بالمحاكاة.

مختبرات واستقصاءات تطبيقية

تجربة الانكسار بالماء

ضع قطعة نقدية في قاع كوب غير شفاف من الخارج بحيث تختفي خلف حافته عن عينك، ثم أضف الماء ببطء من دون تحريك رأسك. قد تظهر القطعة من جديد لأن الأشعة الخارجة منها تنكسر عند سطح الماء والهواء. ارسم مسارًا تقريبيًا للأشعة يوضح لماذا ترى صورة ظاهرية في موضع مختلف عن الجسم الحقيقي.

تجربة عدسة وشاشة

باستخدام عدسة محدبة مدرسية وشاشة ورقية ومصدر ضوئي آمن أو جسم مضاء، حرّك الشاشة حتى تحصل على صورة واضحة. قس بعد الجسم وبعد الصورة والبعد البؤري التقريبي، ثم اختبر معادلة العدسة. لا تستخدم الشمس مصدرًا للضوء في هذه التجربة لأن العدسة قد تركز أشعتها وتسبب خطرًا على العين أو المواد.

تجربة حيود بسيطة

وجّه ضوءًا أبيض من مصباح صغير نحو سطح قرص مدمج أو شبكة حيود مدرسية، وغيّر زاوية النظر لتلاحظ فصل الألوان. لا تنظر إلى الشمس أو إلى مصادر شديدة السطوع. فسر المشاهدة على أنها نتيجة تداخل موجات خرجت من مسارات متجاورة في البنية الدورية.

من القياس إلى نموذج

في كل تجربة جيدة حدّد المتغير المستقل والمتغير التابع والعوامل التي تحاول تثبيتها. كرر القياسات، واكتب الوحدات، ومثّل البيانات بيانيًا. إذا لم تطابق النتائج القانون تمامًا فابحث عن أسباب معقولة مثل دقة القياس، وسماكة العدسة، وعدم مثالية المصدر، أو صعوبة تحديد موضع الصورة الأكثر حدة. الفيزياء التجريبية لا تعني إجبار البيانات على قانون؛ بل اختبار مدى صلاحية النموذج ضمن حدود القياس.

مفاهيم شائعة تحتاج إلى تصحيح

الموجة لا تنقل بالضرورة مادة من المصدر إلى المستقبل؛ غالبًا تنقل الطاقة والاضطراب بينما تهتز جزيئات الوسط محليًا.
زيادة تردد موجة لا تعني دائمًا زيادة سرعتها؛ سرعة الموجة يحددها الوسط والنمط الفيزيائي، وقد يتغير الطول الموجي بدلًا من السرعة.
عند الانكسار لا يتغير تردد الضوء بسبب عبور الحد الساكن؛ تتغير السرعة والطول الموجي.
التداخل الهدام لا يعني اختفاء الطاقة من الكون؛ يعاد توزيع الشدة مكانيًا، وقد تنتقل الطاقة إلى مناطق أخرى.
نموذج الشعاع لا يفسر الحيود والتداخل، ونموذج الموجة يصبح ضروريًا عندما تكون أبعاد الفتحات والعوائق قريبة من الطول الموجي.
الصورة الوهمية ليست صورة غير موجودة؛ إنها صورة لها موضع بصري محدد، لكن الأشعة لا تتقاطع فعليًا عنده ولذلك لا يمكن استقبالها على شاشة هناك.

مهام تفاعلية

اختبار: اختبر معرفتك

إذا بقيت سرعة الموجة ثابتة وتضاعف ترددها، ماذا يحدث لطولها الموجي؟ (ينخفض إلى النصف) (!يتضاعف) (!يبقى ثابتًا) (!يصبح صفرًا)

ما اتجاه اهتزاز جزيئات الهواء في موجة صوتية تنتشر في الهواء؟ (مواز لاتجاه انتشار الموجة) (!عمودي على اتجاه الانتشار دائمًا) (!دائري حول المصدر) (!لا تهتز الجزيئات إطلاقًا)

ما الكمية التي تبقى ثابتة عادة عندما تعبر موجة حدًا ساكنًا بين وسطين؟ (التردد) (!السرعة) (!الطول الموجي) (!السعة دائمًا)

متى يحدث تداخل بنّاء بين موجتين مترابطتين؟ (عندما تتوافق إزاحتاهما فتزداد المحصلة) (!عندما تكون المحصلة صفرًا دائمًا) (!عندما تتوقف الموجتان عن الحركة) (!عندما يختفي التردد)

متى يكون الحيود أكثر وضوحًا؟ (عندما يكون عرض الفتحة قريبًا من الطول الموجي) (!عندما تكون الفتحة أكبر بلا حدود من الطول الموجي) (!عندما يكون التردد صفرًا) (!عندما لا توجد موجة)

ما العلاقة الصحيحة في الانعكاس عن سطح أملس؟ (زاوية السقوط تساوي زاوية الانعكاس) (!زاوية السقوط تساوي ضعف زاوية الانعكاس) (!زاوية الانعكاس تساوي صفرًا دائمًا) (!زاوية السقوط تقاس من سطح المرآة فقط)

كيف ينحني الضوء عادة عند انتقاله من وسط أقل معامل انكسار إلى وسط أعلى معاملًا؟ (نحو العمود المقام) (!بعيدًا عن العمود المقام) (!لا يتغير اتجاهه في أي حالة) (!يرتد كله إلى الوسط الأول دائمًا)

أي وصف يميز الصورة الحقيقية؟ (يمكن استقبالها على شاشة) (!لا تنتج عن تقاطع الأشعة) (!تكون معتدلة دائمًا) (!لا يمكن قياس موضعها)

ماذا تفعل عدسة مجمعة مثالية بأشعة متوازية قريبة من المحور؟ (تجمعها قرب البؤرة) (!تجعلها متوازية أكثر من دون انكسار) (!تعكسها إلى المصدر) (!توقف الضوء داخل العدسة)

لماذا نقسم حاصل ضرب سرعة الصوت في زمن الصدى على اثنين عند حساب بعد الحاجز؟ (لأن الزمن يشمل رحلة الذهاب والعودة) (!لأن سرعة الصوت تنخفض إلى النصف) (!لأن التردد يتضاعف عند الانعكاس) (!لأن الطول الموجي يساوي نصف المسافة دائمًا)

لعبة الذاكرة

السعة	أكبر إزاحة عن موضع الاتزان
التردد	عدد الدورات أو الاهتزازات في الثانية
الطور	موضع الحالة داخل دورة الاهتزاز
العقدة	موضع سعة الاهتزاز فيه قريبة من الصفر في موجة واقفة
البؤرة	موضع تجمع الأشعة المتوازية تقريبًا في عنصر بصري مجمع
الانكسار	تغير اتجاه الموجة عند تغير سرعتها بين وسطين
الحيود	انتشار الموجة وانحناؤها حول الحواف وعبر الفتحات

السحب والإفلات

طابق كل مفهوم مع وصفه الصحيح	الموجات والبصريات
الموجة المستعرضة	اهتزاز الوسط عمودي على اتجاه الانتشار
الموجة الطولية	اهتزاز الوسط مواز لاتجاه الانتشار
التداخل البناء	تراكب يزيد مقدار الإزاحة المحصلة
التداخل الهدام	تراكب يقلل مقدار الإزاحة المحصلة
العدسة المجمعة	عنصر بصري يجمع الأشعة المتوازية قرب بؤرة
المرآة المقعرة	سطح عاكس قد يجمع أشعة متوازية قرب المحور

كلمات متقاطعة

تردد	ما الكمية التي تقيس عدد الاهتزازات في الثانية؟
انكسار	ما الظاهرة التي يتغير فيها اتجاه الضوء عند عبوره بين وسطين مختلفين؟
حيود	ما الظاهرة التي تصف انتشار الموجة حول حافة أو عبر فتحة ضيقة؟
بؤرة	ما اسم الموضع الذي تتجمع عنده الأشعة المتوازية بعد عنصر بصري مجمع؟
تداخل	ما اسم جمع موجتين أو أكثر في الموضع نفسه وفق مبدأ التراكب؟
انعكاس	ما الظاهرة التي تعيد الموجة إلى الوسط بعد وصولها إلى حد؟

مهام مفتوحة

سهل

رسم موجة: ارسم موجة مستعرضة واضحة وسمِّ موضع الاتزان والقمة والقاع والسعة والطول الموجي، ثم اكتب جملة تشرح الفرق بين السعة والطول الموجي.
قياس زمن دوري: اختر جسمًا يهتز بأمان مثل بندول صغير، وقس زمن عشر دورات ثم احسب الزمن الدوري والتردد وقارن نتيجة تكرارين للقياس.
قانون الانعكاس: نفذ تجربة مرآة مستوية بمصدر ضوء آمن ومنقلة، وارسم الشعاع الساقط والمنعكس والعمود المقام وقارن زاويتي السقوط والانعكاس.
قراءة متحرك موجي: اختر أحد المتحركات في هذا المقرر، وسجل خمس ملاحظات تميز بين حركة أجزاء الوسط وحركة نمط الموجة نفسه.

متوسط

مختبر موجة على وتر: استخدم المحاكاة العربية لموجة على وتر، وثبت الشد ثم غيّر التردد في خمس خطوات وقس الطول الموجي ومثل العلاقة بينهما بيانيًا.
تحليل صدى: استخدم تسجيلًا أو بيانات يقدمها المعلم لزمن صدى معلوم، واحسب بعد السطح العاكس ثم ناقش أهم مصادر عدم اليقين في النتيجة.
مسار شعاع في الماء: نفذ تجربة ظهور قطعة نقدية عند إضافة الماء، وارسم مخطط أشعة يفسر المشاهدة مستخدمًا مفهوم الانكسار والصورة الظاهرية.
صورة بعدسة محدبة: كوّن صورة حقيقية لجسم مضاء على شاشة بعدسة مدرسية، وقس بعدي الجسم والصورة ثم اختبر معادلة العدسة من دون استخدام الشمس مصدرًا للضوء.

متقدم

خريطة تداخل: استخدم محاكاة التداخل بمصدرين، وحدد مسارات تقود إلى مناطق بناءة وهدامة، ثم صغ قاعدة تربط فرق المسار بنمط التداخل مع رسم داعم.
تحقيق قانون سنيل: اجمع خمس مجموعات من زاويتي السقوط والانكسار من محاكاة انحناء الضوء، واحسب نسبة جيبي الزاويتين واستنتج ما إذا كانت ثابتة تقريبًا لزوج الأوساط نفسه.
منحنى عدسة: اجمع قياسات لعدة مواضع جسم أمام عدسة مجمعة، واحسب مقلوب بعد الجسم ومقلوب بعد الصورة، ثم مثل البيانات بيانيًا واستخرج تقديرًا للبعد البؤري.
فيديو نموذجين للضوء: أنشئ فيديو تعليميًا قصيرًا يبين متى ينجح نموذج الشعاع ومتى نحتاج نموذج الموجة، مستخدمًا مثالًا من العدسات ومثالًا من الحيود أو التداخل ومن دون نشر أي بيانات شخصية.

مجالات تعلم مرتبطة

الموجات والبصريات

يرتبط هذا الموضوع بالرياضيات، وخصوصًا التناسب والدوال المثلثية والرسوم البيانية، كما يرتبط بالهندسة، والصوتيات، والتصوير، وتصميم الأجهزة البصرية، والاتصالات بالألياف البصرية، والفيزياء الطبية. إذا واصلت دراسة الفيزياء ستلتقي هذه الأفكار مرة أخرى في الكهرومغناطيسية، وفي تحليل فورييه، وفي البصريات الموجية والكمية.

مسرد

الاهتزاز: حركة متكررة حول موضع اتزان.
السعة: أكبر مقدار للإزاحة عن موضع الاتزان.
الزمن الدوري: الزمن اللازم لإكمال دورة واحدة.
التردد: عدد الدورات أو الاهتزازات في وحدة الزمن.
الطول الموجي: المسافة بين نقطتين متتاليتين لهما الطور نفسه.
الطور: وصف لموضع الحالة داخل دورة الاهتزاز.
التراكب: جمع إزاحات الموجات التي تشغل المكان نفسه في اللحظة نفسها.
التداخل: نمط ناتج من تراكب موجتين أو أكثر وقد يكون بنّاء أو هدامًا.
الحيود: انتشار الموجة وانحناؤها عند الحواف والفتحات.
العقدة: موضع سعة اهتزازه معدومة أو صغيرة جدًا في موجة واقفة مثالية.
البطن: موضع سعة اهتزازه عظمى في موجة واقفة.
معامل الانكسار: نسبة سرعة الضوء في الفراغ إلى سرعته في الوسط.
الزاوية الحرجة: زاوية سقوط في الوسط الأعلى معاملًا يكون عندها الشعاع المنكسر بمحاذاة الحد.
البؤرة: موضع تجمع الأشعة أو تقاطع امتداداتها في نموذج بصري.
الصورة الحقيقية: صورة تتكون من تقاطع فعلي للأشعة ويمكن استقبالها على شاشة.
الصورة الوهمية: صورة تتكون من تقاطع امتدادات الأشعة ولا تستقبل على شاشة في موضعها.