العلوم الفيزيائية والتكنولوجيا

الظواهر الضوئية مفهوم الخيال : الصورة الافتراضية "الخيال" المعطاة بمرآة مستوية - قانونا الإنعكاس - مجال مرآة مستوية

تشكيل الصورة الافتراضية في المرآة المستوية وتناظرها مع الجسم

🔊 المعلّمة تقرأ لك

حين تقف أمام مرآة ترى فيها شخصا يشبهك تماما، يرفع يده متى رفعت يدك. لكنّك إذا مررت بيدك خلف المرآة لم تجد هناك أحدا، ولا تستطيع أن تلتقط ذلك الشخص على ورقة بيضاء. أين توجد هذه «الصورة» إذن، ولماذا يبدو يمينها يسارا ويسارها يمينا؟

🎓في نهاية هذا الدرس ستكون قادرا على:

تعريف الصورة الافتراضية المتشكّلة في مرآة مستوية، ومعرفة أنّها لا تُستقبل على حائل
تفسير تعدّد صور جسم واحد بين مرآتين متعامدتين بتعدّد المسارات التي يسلكها الضوء
إثبات أنّ كلّ صورة تقابل مسارا ضوئيا حقيقيا، بواسطة مؤشّر الليزر
استنتاج أنّ المرآة المستوية تبدّل جهة اليمين باليسار وجهة اليسار باليمين
التمييز بين الجسم الحقيقي وصورته الافتراضية في وضعيات من الحياة اليومية

🔑يفترض هذا الدرس أنّك تتقن:

أنّ الضوء ينتشر في خطّ مستقيم في وسط شفاف ومتجانس
أنّ العين لا ترى الجسم إلّا إذا وصلها ضوء آت منه
معنى ظاهرة الانعكاس وسطح عاكس مستو

نشاط 1: صور الشمعة بين مرآتين متعامدتين

🧭الهدف: معرفة عدد الصور التي تعطيها مرآتان متعامدتان لجسم واحد، والتأكّد من أنّ كلّ صورة منها تقابل مسارا حقيقيا للضوء.

🧰الأدوات:

مرآتان مستويتان موضوعتان بحيث تكونان متعامدتين
شمعة
مؤشّر ليزر يعطي ضوءا وحيد اللون

📌التجربة:

نضع المرآتين المتعامدتين على الطاولة، ونضع أمامهما شمعة واحدة مشتعلة.
ننظر إلى المرآتين ونعدّ ما نراه من صور للشمعة.
نطفئ ضوء الغرفة، ثمّ نوجّه مؤشّر الليزر مرّة واحدة على الشمعة الحقيقية.
نوجّه المؤشّر بعد ذلك على كلّ صورة من صور الشمعة، واحدة بعد الأخرى.

🔍الملاحظة: نلاحظ صورا كثيرة للشمعة، لا صورة واحدة. وحين نوجّه الليزر على الشمعة الحقيقية تتوهّج؛ وحين نوجّهه على أيّ صورة من صورها تتوهّج الشمعة كذلك.

مرآتان متعامدتان أمامهما شمعة مشتعلة واحدة، وداخلهما عدّة صور للشمعة نفسها — لكلّ صورة من هذه الصور مسار خاصّ يسلكه الضوء قبل أن يبلغ العين

مؤشّر ليزر موجّه نحو صورة الشمعة في المرآة، والحزمة ترتدّ عن المرآة فتصل إلى الشمعة — الإشارة إلى الصورة تُضيء الشمعة الحقيقية: الصورة ليست إلّا مسارا آخر للضوء

كلّ صورة من صور الشمعة هي عبارة عن مسار مختلف يمكن للضوء أن يسلكه: يخرج من الشمعة، يرتدّ عن إحدى المرآتين أو عن كلتيهما، ثمّ يعود إلى العين. ولهذا تضيء الشمعة من أيّ صورة أشرنا إليها بالليزر: نحن نشير في الحقيقة إلى أحد مسارات الضوء.

الصورة الافتراضية: أين توجد؟

الصورة التي نراها في المرآة المستوية تسمّى صورة افتراضية. هي لا توجد فعلا خلف المرآة: العين هي التي تتخيّلها هناك، لأنّ الضوء الآتي من الجسم يرتدّ عن سطح المرآة قبل أن يدخلها، فتمدّه العين على استقامته إلى الداخل. ولهذا لا يمكن استقبال هذه الصورة على حائل ولا على ورقة.

لا تقل إنّ خلف المرآة شمعة أخرى. خلف المرآة لا شيء: ما تراه هو الضوء نفسه الآتي من الشمعة الحقيقية بعد أن ارتدّ عن السطح. وهذا هو الفرق بين صورة افتراضية وصورة تُعرض على شاشة السينما: الثانية تُستقبل على حائل، والأولى لا.

نشاط 2: تجربة الدميتين — أيّ يد ترفعها الصورة؟

🧰الأدوات:

مرآتان مستويتان متعامدتان
دميتان لهما أيد متحرّكة، تعينان على تمييز الجهة اليمنى من اليسرى

📌التجربة:

نرفع اليد اليمنى للدمية الأولى، ثمّ نضعها أمام المرآة.
نرفع اليد اليسرى للدمية الثانية، ونضعها بجانب المرآة لنستعين بها كشاهد.
ننظر إلى صورة الدمية الأولى في المرآة، ونقارنها بالدمية الشاهد.

🔍الملاحظة: الدمية الأولى ترفع يدها اليمنى، لكنّها تظهر في المرآة وكأنّها ترفع يدها اليسرى؛ وهذا ما تؤكّده الدمية الشاهد، فهي تشبه الصورة تماما.

دمية أمام مرآة ترفع يدها اليمنى بينما صورتها ترفع اليد الأخرى، ودمية شاهد بجانبها — الشاهد يثبت أنّ الأمر ليس خطأ في النظر: المرآة تبدّل اليمين واليسار

المرآة تعكس جهة اليمين إلى اليسار وجهة اليسار إلى اليمين. فالجسم وصورته متناظران بالنسبة إلى سطح المرآة، وليسا متطابقين.

نشاط 3: شمعة تبقى مشتعلة تحت الماء

📌التجربة:

ننصب صفيحة زجاجية مستوية عمودية على الطاولة؛ فهي تلعب دور مرآة مستوية شفّافة.
نضع خلف الصفيحة بيشرا فارغا وفيه شمعة منطفئة.
نضع أمام الصفيحة شمعة أخرى مشتعلة، ونحرّكها حتّى تنطبق صورتها الافتراضية على الشمعة المنطفئة التي خلف الصفيحة.
نصبّ الماء في البيشر حتّى يعلو موضع اللهب الذي نراه.

🔍الملاحظة: ننظر إلى الصفيحة فنرى الشمعة التي خلفها وكأنّها تبقى مشتعلة، رغم وصول الماء إلى اللهب.

شمعة مشتعلة أمام صفيحة زجاجية، وخلفها بيشر فيه ماء وشمعة منطفئة يبدو فوقها لهب — اللهب الذي يبدو فوق الماء ليس لهبا حقيقيا: هو صورة الشمعة التي أمام الصفيحة

الشمعة المضيئة هي الشمعة التي أمام الصفيحة، وما رأيته فوق الشمعة المنطفئة هو انعكاسها على الصفيحة، أي صورتها الافتراضية. وقد ضبطنا موضعها حتّى انطبقت الصورة على الشمعة المنطفئة.

تناظر الجسم مع صورته

ما تثبته الأنشطة الثلاثة

لكلّ نقطة من الجسم نقطة تقابلها في الصورة، تظهر خلف سطح المرآة.
المرآة المستوية تبدّل جهة اليمين باليسار وجهة اليسار باليمين.
الصورة افتراضية: لا نجد خلف المرآة أيّ جسم، ولا تُستقبل الصورة على حائل.

استعمل دائما «شاهدا» كما فعلنا بالدمية الثانية: ضع بجانب المرآة جسما تعرف يمينه من يساره، ثمّ قارن به ما تراه. المقارنة بشاهد تحسم ما لا تحسمه العين وحدها، وهي عادة يستعملها الفيزيائي في كلّ تجربة.

المصطلحات العلمية

العربية	français	english
صورة افتراضية	Image virtuelle	Virtual image
مرآة مستوية	Miroir plan	Plane mirror
تناظر	Symétrie	Symmetry
انعكاس	Réflexion	Reflection

مصطلحات هذا الدرس بثلاث لغات

🎓 نحو شهادة التّعليم المتوسّط. يأتي هذا الدرس في سؤال تفسير: «أين توجد صورة الشمعة في المرآة؟ وهل يمكن استقبالها على حائل؟»، أو «لماذا ترفع الصورة يدها اليسرى حين ترفع يدك اليمنى؟»، أو «فسّر تعدّد الصور بين مرآتين متعامدتين». ثلاثة عناصر جاهزة: ① الصورة الافتراضية: مسار للضوء ارتدّ عن سطح المرآة ثمّ دخل العين، فخُيّل إليها أنّه آتٍ من الخلف ؛ فلا يمكن استقبالها على حائل ② التناظر: الصورة متناظرة مع الجسم بالنسبة إلى سطح المرآة، فجهة اليمين فيها يسار وجهة اليسار يمين ③ تعدّد الصور: بين مرآتين متعامدتين يسلك الضوء مسارات متعدّدة، ولكلّ صورة مسار ضوئيّ حقيقيّ يثبته مؤشّر الليزر. ⛔ والخطأ الشائع: القول إنّ خلف المرآة شمعة أخرى ؛ خلف المرآة لا شيء، وما تراه هو الضوء الآتي من الشمعة الحقيقية بعد ارتداده. وخطأ ثانٍ: الخلط بين الصورة الافتراضية والصورة المعروضة على شاشة ؛ الثانية تُستقبل على حائل، والأولى لا.

المرآة المستوية لا تحتفظ بشيء خلفها: ما تراه فيها صورة افتراضية، أي مسار للضوء ارتدّ عن سطحها ثمّ دخل عينك، فخُيّل إليك أنّه آت من الخلف. هذه الصورة متناظرة مع الجسم بالنسبة إلى سطح المرآة، جهة اليمين فيها يسار وجهة اليسار يمين، ولا يمكن استقبالها على حائل.

الصفحة 1/6