جهاز عرض العوالق

إسقاط الضوء من خلال قطرة ماء يكشف وفرة من الحياة.

مَن يحتاج إلى مجهر لرؤية ما يعيش في قطرة ماء؟ عوضًا عن ذلك، أضئ مؤشر ليزر خلال قطرة ماء، وانبهر بعرض من الكائنات الدقيقة.

عرض فيديو

الأدوات والخامات

• موقف حلقة.

• حامل مشبك.

• مشبك قابل للتعديل ذو شوكتين أو ثلاث.

• سرنجة (أي مقاس يناسب المشبك القابل للتعديل).

• يرقات الجمبري البحري أو عوالق أخرى في مياه البحر.

• وعاء أو طبق ضحل.

• مؤشر ليزر (يفضل أن يكون أزرق أو أخضر).

• قطعة من الكرتون الأبيض، أو الفوم، أو الكرتون المغطى بورق أبيض، مقاسها قدم أواثنان (30 سم أو 60 سم) مربعة، لتعمل عمل الشاشة.

• شريك ليساعد في تركيز الشاشة.

• عدسة يدوية.

التجميع

1. اربط المشبك القابل للتعديل على موقف الحلقة باستخدام حامل المشبك.

2. انزع طرف السرنجة، واسحب بضعة مليمترات من الماء الذي يحتوي على العوالق داخل السرنجة.

3. اشبك السرنجة في المشبك القابل للتعديل، بحيث تكون فوهتها مصوبة إلى أسفل. ضع الوعاء الضحل تحتها لالتقاط القطرات (انظر الصورة أدناه).

ماذا تفعل وماذا تلاحظ؟

انظر بتمعن في القطرة المتدلية. هل ترى أي كائنات تتحرك داخلها؟

أضئ مؤشر الليزر من خلال قطرة الماء في اتجاه الشاشة (انظر الصورة أدناه). سيتعين عليك تحريك مؤشر الليزر في مختلف الاتجاهات قليلًا؛ لتختبر الزوايا حتى تحصل على أفضل عرض. هل يمكنك رؤية ظلال الكائنات الحية على الشاشة الآن؟

بينما لا تزال تضيء مؤشر الليزر خلال قطرة الماء، اطلب من شريكك تحريك الشاشة لتقترب من القطرة أو لتبتعد عنها. لاحظ كيف تتغير الظلال على الشاشة.

راقب ظلًا واحدًا لحيوان يسبح. هل يظل الظل بالحجم نفسه أم يتغير حجمه؟

استخدم العدسة اليدوية لرصد كائن واحد في قطرة الماء. هل يمكنك تحديد الاتجاه الذي تسبح فيه الكائنات؟ انظر إذا كنت تستطيع تحديد ما إذا كانت صورة الكائنات التي تراها على الشاشة في الوضع الصحيح أم مقلوبة.

ما الذي يحدث؟

قطرة الماء تعمل بمثابة عدسة في جهاز عرض؛ حيث تنشر شعاع الليزر في مخروط ضوئي واسع، كاشفةً ظلال الكائنات غير الشفافة السابحة داخل قطرة الماء.

فأشعة الضوء تنتقل من الليزر في شعاع متوازٍ، ولكنها تنحني معًا بفعل السطح المحدب لقطرة الماء. هذا الانحناء، المسمى بالانكسار، يحدث عند دخول أشعة الضوء القطرة وعند خروجها. وباقترابها بفعل القطرة الشبيهة بالعدسة، تجتمع الأشعة عند نقطة محورية حادة؛ حيث تتقاطع ثم تنتشر إلى الخارج مرة أخرى، وتستمر في الانتشار بينما تنتقل. وهذا التقاطع للأشعة ما يتسبب في ظهور الكائنات مقلوبة رأسًا على عقب – وإن كان يصعب تمييز هذا؛ لأنها عادةً ما تكون بهلوانية (انظر الرسم أدناه).

بينما تقلل المسافة بين الشاشة وقطرة الماء، يفترض أن تلحظ أن الظلال تصبح أصغر وأكثر حدة. ويمكنك رؤية ظاهرة مشابهة إذا استخدمت مصباحًا يدويًّا لعمل ظل ليدك بالقرب من حائط. حرك يدك لتقترب من الحائط، وسيصغر الظل.

كذلك قد تلحظ أن حجم ظل كائن واحد يتغير، حتى إذا لم تحرك الشاشة. فعندما يقترب الحيوان من جانب قطرة الماء الذي يدخل منه الليزر يصبح ظله أصغر؛ وبينما يسبح الحيوان ناحية جانب الشاشة من قطرة الماء يصبح ظله أكبر.

المضي قُدمًا

إذا لم تتوفر يرقات الجمبري البحري أو ماء البحر، جرب أن تنظر خلال قطرات من ماء بحيرة أو بركة. ما الكائنات التي يمكن أن تجدها؟

هناك ظاهرة ضوئية أخرى مثيرة للاهتمام يمكنك ملاحظتها هنا: حزم من خطوط داكنة وفاتحة تحيط بالكائنات السابحة. كذلك قد ترى دوائر متحدة المركز يتناوب فيها الظل والضوء حول ذرات المخلفات التي هي أصغر كثيرًا من الكائنات. تلك هي أنماط من انحراف الضوء، والتي يتسبب فيها التداخل بين الموجات الضوئية؛ فيحدث الانحراف عندما ينحني الضوء بشكل طفيف بينما يمر بجانب حواف الأشياء.

المصادر

تستند هذه الوجبة الخفيفة والمعروضة المقابلة لها في الإكسبلوراتوريوم إلى المقال التالي:

Planinsic, Gorazd. "Water-drop projector." The Physics Teacher 39, no. 2 (2001): 76-79.

Exploratorium, 2020 

by the Exploratorium 2020 ©