مسرح الثقب الشخصي

كاميرا ثقب يمكنك دخولها فعليًّا.

هل سمعت من قبل عن كاميرا بدون عدسة؟ ألقِ نظرة ثاقبة على كيفية عمل كاميرا بلا عدسة.

الأدوات والخامات

• صندوق كرتون كبير بما يكفي لأن تدخل رأسك فيه بحيث يستقر الصندوق على كتفيك ويلامس الصندوق رأسك من الخلف؛ تأكد من وجود:

• على الأقل 4 بوصات (10 سم) خالية على جانبي أذنيك.

• على الأقل 10 بوصات (25 سم) ما بين وجهك والجانب الأمامي للصندوق.

• على الأقل 8 بوصات (20 سم) ما بين أعلى رأسك والجانب العلوي للصندوق.

• عدد من الأوراق البيضاء مقاس 8.5*11 بوصة (A4).

• شريط لاصق شفاف.

• قلم رصاص أو قلم تحديد.

• شريط لاصق.

• مقص.

• سكين متعدد الاستخدامات.

• مسطرة (غير ظاهرة في الصورة).

• ورق ألومنيوم.

• شريط إخفاء.

• دبوس تثبيت.

• قطعة كبيرة من القماش الداكن تكفي للف حول رقبتك؛ مثل منشفة، أو قميص ثقيل، أو وشاح (للاستخدام بينما تستمتع بالمنظر من خلال مسرح الثقب الخاص بك).

التجميع

قبل أن تكمل القراءة، انظر جيدًا إلى الصورة أدناه لتتصور ما ستفعله بالصندوق.

1. باستخدام الشريط اللاصق الشفاف، ألصق الأوراق البيضاء لتغطية الجانب الداخلي الأمامي من الصندوق (الجانب الذي ستواجهه عندما يكون رأسك داخل الصندوق). هذه هي شاشة العرض الخاصة بك. باستخدام قلم رصاص أو قلم تحديد، ضع علامة على هذا الجانب من الخارج.

2. أحكم غلق الصندوق تمامًا باستخدام الشريط اللاصق.

3. استخدم السكين متعدد الاستخدامات لقطع فتحة في أسفل الصندوق تسمح لرأسك بالدخول بالكاد (انظر الصورة أدناه). ضع الفتحة بحيث يستقر الجزء الخلفي من رأسك على الجانب المواجه للشاشة.

4. احمل الصندوق عاليًا أمام الضوء وانظر من خلال فتحة الرأس (انظر الصورة أدناه). بخلاف فتحة الرأس نفسها، يجب أن تكون جميع الزوايا والحواف محكمة الغلق بحيث لا يتسلل الضوء منها. إذا كان هناك أي تسريب للضوء، غطِه بالشريط اللاصق من خارج الصندوق. قد تحتاج إلى وضع أكثر من طبقة من الشريط اللاصق.

5. اقطع فتحة مربعة صغيرة مقاس جانبها 1.5 بوصة (4 سم) في جانب الصندوق المواجه للشاشة. يجب أن تكون الفتحة على بعد 4 بوصات (10 سم) على الأقل فوق المكان الذي سيكون فيه رأسك عندما يكون داخل الصندوق. (انظر الرسم التوضيحي أعلاه للتأكد من المكان الصحيح لهذه الفتحة).

6. اقطع مربعًا مسطحًا من ورق الألومنيوم كبيرًا بما يكفي لتغطية الفتحة المربعة التي قطعتها في الخطوة رقم 5.

7. ضع مربع الألومنيوم على الفتحة المربعة، وباستخدام شريط الإخفاء ألصق الجوانب الأربعة جميعها لمنع تسرب الضوء (انظر الصورة أدناه على اليسار). ألصق على طول الحافة فقط؛ لا تضع أي لاصق على مركز مربع الألومنيوم (انظر الصورة أدناه على اليمين).

8. استخدم دبوس التثبيت لعمل ثقب واحد في مركز ورق الألومنيوم، وهكذا تكون قد انتهيت: لقد بنيت مسرح الثقب الشخصي الخاص بك.

ماذا تفعل وماذا تلاحظ؟

في نهار يوم مشرق ومشمس خذ مسرح الثقب الشخصي خاصتك والقماش الداكن واخرج في مكان مفتوح. ضع رأسك داخل الصندوق، بحيث تواجه الشاشة. لف القماش حول رقبتك لمنع الضوء من التسرب داخل الصندوق من الأسفل (انظر الصورة أدناه). تُظهِّر الصورة أدناه على اليمين «مقطعًا» لداخل الصندوق.

بينما تتأقلم عيناك مع المحيط المظلم (قد يستغرق ذلك بضع دقائق)، لاحظ إن كان أي شيء يظهر على الشاشة. عندما تظهر صور، لاحظ اتجاهها. هل اتجاهها صحيح أم أنها مقلوبة رأسًا على عقب؟ هل هي معكوسة أم طبيعية؟

تحرك بحرص ولاحظ كيف تتغير الصورة على الشاشة. حاول أن تضع نفسك بحيث يكون هناك جسمان متشابهان على بعد مسافتين مختلفتين منك (سيارتان على سبيل المثال) تتكون صورتهما على الشاشة في الوقت ذاته. أي صورة أكبر؟ هل الصورتان حادتان ومركزتان في الوقت نفسه؟

بعد أن تستخدم مسرح الثقب الخاص بك لبعض الوقت، حاول أن تكبر الثقب بغرس سن قلم رصاص فيه بحرص حتى يصبح قطر الثقب نصف قطر القلم أو ثلثي قطره تقريبًا (انظر الصورة أدناه). ماذا يحدث للصورة الموجودة على الشاشة؟ إذا أردت أن تعود إلى الثقب الأصغر، فقط انزع مربع ورق الألومنيوم وضع غيره. اثقب فتحة وستصبح مستعدًّا لاستخدام مسرح الثقب مجددًا.

ما الذي يحدث؟

مسرح الثقب الشخصي خاصتك عبارة عن حجرة كاميرا أو كاميرا ثقب عملاقة. تنعكس أشعة ضوء الشمس من كل نقطة في كل الأجسام، مثل الأشجار. من ثم ترتطم الأشعة المنعكسة من الشجرة بالصندوق من الخارج، باستثناء تلك التي استطاعت المرور من خلال الثقب. الواقع أن كل شعاع ضوء يحمل صورة النقطة التي انعكس منها من على الشجرة.

يسمح الثقب بمرور عدد محدود من الأشعة من كل نقطة. وتظهر الأشعة من كل نقطة على مساحة صغيرة من شاشة العرض البيضاء، بدون أي تداخل مهم مع صور النقاط الأخرى. فتكون النتيجة صورة واضحة للشجرة. أي صورة على الشاشة تكون مقلوبة ومعكوسة. (الرسم التوضيحي أدناه يظهر كيف يحدث هذا الانقلاب؛ للتوضيح تظهر أشعة الضو من ثلاث نقاط فقط).

كما ترى، فإن الضوء من أعلى الشجرة يمر من خلال الثقب ويرتطم بالجزء السفلي من الشاشة. والشعاع من أسفل الشجرة يمر من خلال الثقب ويرتطم بالجزء العلوي من الشاشة. هذه الهندسة تتسبب في أن تظهر صورة الشجرة مقلوبة على الشاشة (ومعكوسة كذلك).

كلما بعد الجسم عن الثقب، صغرت صورته على الشاشة (انظر الرسم التوضيحي أدناه). ولا يتأثر تركيز الصورة أو حدتها بالمسافة.

استخدام ثقب أكبر يمنحك صورة أفتح؛ حيث يسمح الثقب بمرور ضوء أكثر، ولكنه يزيد تداخل الصور. فتكون النتيجة صورة فقدت حدتها لتصبح ضبابية. تظهر الصور أدناه الصورة داخل مسرح ثقب شخصي موجه إلى أفق مدينة سان فرانسيسكو باستخدام ثقوب تتزايد مقاساتها.

المضي قدمًا

هناك طرق عدة للاستكشاف وتجربة استخدام مسرح الثقب الشخصي. إليك بعضها:

تنويعات الثقب

غير مقاس الثقب أو حدته بشكل منهجي ولاحظ كيف تتغير الصورة. يمكنك أيضًا أن تجرب استخدام ثقبين لترى ما سيحدث.

ادخل فحسب!

هناك كاميرات حجرة مظلمة عملاقة في جميع أنحاء العالم؛ فابحث في إذا ما كان هناك واحدة على مقربة منك يمكنك زيارتها. أو ابنِ واحدة خاصة بك بعمل مسرح ثقب شخصي باستخدام صندوق ثلاجة يكفي أن تدخل فيه بجسمك كاملًا.

أداة فنان

بعض الناس يعتقدون أن فناني عصر النهضة استخدموا كاميرات الحجرة المظلمة التي تشبه مسرح الثقب الشخصي كثيرًا لابتكار أعمال فنية رائدة. هذه النظرية المختلف عليها بشدة يمكن أن تكون مشروعًا بحثيًّا رائعًا.

التصوير

إذا كنت تدرس الضوء أو التصوير فإن مسرح الثقب الشخصي يوضح مقايضة كلاسيكية في البصريات: موازنة السطوع مع الحدة.

في التصوير، فإن المنطقة التي تكون فيها الأجسام بتركيز حاد تسمى «عمق الميدان». كلما صغرت فتحة العدسة، كبر عمق الميدان. بتعبير آخر، كلما كانت فتحة العدسة مثل الثقب، زادت قدرتها على إظهار الأجسام الموجودة على مسافات مختلفة في الوقت نفسه بشكل مركز. فكلما صغرت العدسة، قل الضوء المسموح له بالمرور، فتحتاج إلى استخدام زمن تعرض أطول لتعويض ذلك. لتلقط صورة في ضوء خافت، تفتح العدسة أكثر لتسمح بمرور ضوء أكثر، ولكنك هكذا تضحي بعمق الميدان.

عيناك

يمكن استخدام هذه الوجبة العلمية الخفيفة أيضًا في توضيح خصائص تشريحية للعين مثيرة للاهتمام. يمكن لعينيك العمل على أكثر من تسع درجات من السطوع. ومع ذلك، قد تلاحظ أن عينيك تحتاجان وقتًا للتكيف عند الانتقال من المحيط الساطع إلى الظلام داخل الصندوق؛ هذا يسمى «التكيف للظلام». قد يحتاج الأمر إلى ما يصل إلى 30 دقيقة حتى تتكيف عيناك مع الظلام المحيط تكيُّفًا كاملًا، ما يسمح لعينيك بأن تكون مليون مرة أكثر حساسية للضوء عما تكون عليه في وضح النهار.

مستشعرات الضوء الموجودة على الشبكية في الجزء الخلفي من عينك تسمى القضبان والمخروطات. القضبان تستشعر الضوء والظلام (أو الأبيض والأسود) فقط؛ وهي حساسة للغاية فيمكن أن تنشطها بضعة فوتونات فقط. على الجانب الآخر، تستشعر المخروطات ألوان الضوء المختلفة، فتحتاج إلى ضوء أكثر بكثير لتنشط. لذلك فإن صورة الثقب التي تظهر داخل مسرح الثقب الشخصي عادة لا يمكن رؤيتها سوى بالأبيض والأسود. إذا وسعت الثقب مما يسمح بتدفق مزيد من الضوء يمكنك أن ترى الصورة بالألوان.

نصائح للمعلمين

قد يفيد الاستعانة بشركاء عند تقديم هذه الوجبة العلمية الخفيفة. بما أن الشخص الذي يستخدم مسرح الثقب الشخصي يحتاج إلى وقت ليصبح «متكيفًا مع الظلام»، فإن وجود شريك يثقب الفتحة في ورق الألومنيوم ومن ثم الثقوب الأكبر يعني أن مستخدم المسرح يمكنه البقاء داخل الصندوق لمشاهدة أي تغيرات تحدث.

كذلك يمكن للشريك إرشاد مستخدم المسرح ببطء وحرص إلى مكان غير معروف قبل ثقب الفتحة في ورق الألومنيوم. فيمكن لمستخدمي المسرح محاولة تخمين المكان الذي أخذهم إليه الشريك أو التفاجؤ بالصور الظاهرة داخل مسرح الثقب فحسب. هذا يعد نشاط تعارف أو ثقة رائعًا.

© by the Exploratorium 2022