تجارب فيزيائية شيقة

المواد والأدوات الضرورية لصناعة مغناطيس

لتنفيذ هذه التجربة، ستحتاج إلى:

• مجموعة من مشابك الورق المعدنية.
• مغناطيس دائم (قوي).

خطوات عملية لصناعة المغناطيس

اتبع الخطوات التالية بعناية:

1. أحضر مشبك الورق، الذي سيكون غير ممغنط في البداية، وقربه من المغناطيس الدائم.
2. يفترض أن مشبك الورق قد اكتسب الآن خصائص مغناطيسية تجعله قادراً على جذب المشابك الأخرى.
3. قرب المشبك الممغنط من المشابك الأخرى ولاحظ عملية الجذب.
4. قرب المشبك الممغنط من الطرف الآخر للمغناطيس الدائم، ولاحظ كيف قد لا ينجذب له أو ينفر منه بسبب اختلاف الأقطاب.

بهذه الطريقة، يصبح المشبك مغناطيسًا مؤقتًا قادرًا على الجذب لفترة محدودة، أو إلى حين تعرضه لمؤثر يفقده خصائصه المغناطيسية.

تفسير الظاهرة المغناطيسية

يتحول مشبك الورق إلى مغناطيس مؤقت بقطبين بعد ملامسته للمغناطيس الدائم، وذلك بسبب تكوّن مجال مغناطيسي ناتج عن تنظيم مسار الإلكترونات باتجاه واحد داخل معدن المشبك.

المواد والأدوات اللازمة لرؤية خطوط المجال المغناطيسي

لتنفيذ هذه التجربة الممتعة ومشاهدة المجال المغناطيسي الناتج عن مغناطيس مستطيل الشكل، ستحتاج إلى:

• مغناطيس دائم مستطيل الشكل.
• عدد من البوصلات صغيرة الحجم.
• ورقة رسم بيضاء.
• قلم رصاص.

خطوات عملية لرؤية خطوط المجال المغناطيسي

اتبع الخطوات التالية بعناية:

1. ضع البوصلة بالقرب من المغناطيس، مع وضع ورقة الرسم تحتهما. ستتحرك إبرة البوصلة باتجاه المجال المغناطيسي (نحو القطب الجنوبي للمغناطيس).
2. ارسم اتجاه حركة الإبرة على الورقة باستخدام القلم الرصاص.
3. انتقل إلى موضع آخر بالبوصلة حول المغناطيس، وستتحرك الإبرة نحو القطب الجنوبي للمغناطيس بغض النظر عن مكانها.
4. كرر الخطوة السابقة مرارًا وتكرارًا بمواضع مختلفة حول المغناطيس.
5. ارسم اتجاه إبرة البوصلة في كل مرة على الورقة حتى يكتمل شكل المجال المغناطيسي المحيط بالمغناطيس.

تفسير ظاهرة خطوط المجال المغناطيسي

تتجه البوصلة في الوضع الطبيعي، دون تأثير المجال المغناطيسي، لاتجاه القطب الجنوبي المغناطيسي للأرض (الشمال الجغرافي). يعتقد العلماء أن سبب ذلك هو تيارات الحمل الناشئة في باطن الأرض المتكون من النيكل والحديد. يتبع أي مغناطيس هذا السلوك، فدائمًا ما تتجه إبرة البوصلة للاتجاه الجنوبي له.

تجدر الإشارة إلى أن البوصلة تشير لاتجاه الشمال الجغرافي في الوضع الطبيعي بسبب تصميمها فقط، أما بالفعل فهي تشير لاتجاه الجنوب المغناطيسي للأرض.

الأدوات المطلوبة لإخفاء القطعة النقدية

لتنفيذ هذه التجربة، ستحتاج إلى:

• عملة معدنية.
• طبق صغير (شبيه بصحن فنجان القهوة).
• كأس زجاجي شفاف.
• وعاء مملوء بالماء.

خطوات تنفيذ تجربة إخفاء القطعة النقدية

اتبع الخطوات التالية:

1. ضع العملة النقدية على سطح أملس (كسطح طاولة).
2. ضع الكأس الزجاجية الشفافة فوق العملة، وستكون العملة ظاهرة ويمكن رؤيتها من أعلى الكأس أو من جوانبه.
3. ضع الطبق الصغير فوق الكأس الزجاجية حتى يغطيها من الأعلى (لمنع الآخرين من النظر للقطعة النقدية من الأعلى والنظر فقط إلى الجوانب).
4. اسحب الطبق قليلًا للخلف.
5. املأ الكأس بالماء تدريجيًا.
6. أعد الطبق كاملًا فوق الكأس، وحتمًا ستختفي القطعة النقدية ولا يمكن رؤيتها من الجوانب، ولكن في حال إزالة الطبق سوف يكون من الممكن رؤيتها من أعلى الكأس.

تفسير اختفاء القطعة النقدية

عند وضع الكأس الزجاجي فوق العملة المعدنية، يحدث انكسار بسيط لصورة العملة اعتمادًا على معامل انكسار الضوء في الزجاج، ويمكن رؤية العملة.

ولكن عندما يضاف الماء، يحدث انكسار أكبر للأشعة، وتكون الأشعة الناتجة قريبة من سطح الكأس في الأعلى، فيستحيل رؤية العملة من الجوانب، مع إمكانية رؤيتها من الأعلى. لذلك يجب وضع الطبق من الأعلى حتى لا يتمكن أحد من مشاهدة العملة من الأعلى ولا من الجوانب.

الأدوات اللازمة لتجربة انعكاس الضوء

• مصدر ضوء ليزر.
• ورقة بيضاء.
• مرآه مستوية مثبتة على قاعدة خشبية.
• طاولة.
• شريط لاصق.
• منقلة كبيرة.
• قلم.

خطوات تنفيذ تجربة انعكاس الضوء

1. ثبت الورقة البيضاء على الطاولة باستخدام الشريط اللاصق.
2. ثبت المنقلة فوق الورقة البيضاء باستخدام الشريط اللاصق.
3. ثبت المرآة المستوية على الخط المستقيم للمنقلة من الأسفل، وتأكد من أن نقطة منتصف المرآة تقع فوق نقطة منتصف المنقلة.
4. ضع إشارة على الورقة البيضاء عند الزاوية 90 درجة.
5. وجه شعاع الليزر نحو المرآة بحيث يسقط عليها عند المنتصف.
6. قياس زاوية السقوط باستخدام المنقلة.
7. شاهد انعكاس شعاع الليزر عن سطح المرآة، ثم قياس مقدار زاوية الانعكاس.
8. كرر الخطوة السابقة بزوايا مختلفة وقياس زوايا السقوط والانعكاس في كل حالة، وستكون في كل مرة زاوية السقوط مساوية لزاوية الانعكاس لأن المرآة سطح مستوٍ منتظم.

تفسير ظاهرة انعكاس الضوء

عند سقوط حزمة من أشعة الضوء على سطح جسم مصقول كالمرآة، فإن الشعاع ينعكس عن السطح في الاتجاه الآخر وبنفس الزاوية، وهذا بسبب خاصية الضوء المعروفة باسم الانعكاس.

إذا وضع عمود عند نقطة سقوط الشعاع على السطح المصقول، فإن هذا العمود يقطع الشعاعين الساقط والمنعكس، والزاوية التي تقع بين العمود المقام والشعاع الساقط تسمى بزاوية السقوط، بينما تعرف الزاوية التي تقع بين العمود والشعاع المنعكس بزاوية الانعكاس.

الأدوات اللازمة لتجربة سقوط قطع الدومينو

لتجربة سقوط قطع الدومينو، ما عليك سوى إحضار ثلاث قطع أو أكثر من أحجار الدومينو المستطيلة.

خطوات تنفيذ تجربة سقوط قطع الدومينو

1. صف الأحجار المستطيلة الثلاثة بالتتالي.
2. اجعل المسافة بين كل حجر والآخر متوسطة.
3. ادفع الحجر الأول باليد ليسقط، وعندها سيسقط الحجر الأول على الحجر الذي يليه مسببًا سقوطه على الحجر الثالث، حتى تصبح الأحجار الثلاثة على الأرض.

تفسير حركة الدومينو

عندما تصطف الأحجار خلف بعضها، سيكون لديها طاقة وضع كامنة في كل حجر. وعند دفع الحجارة، تتحول الطاقة الكامنة إلى طاقة حركية تبعًا لقانون حفظ الطاقة. وعند انزلاق الحجارة على الأرض وارتطامها ببعضها، ستتولد قوة احتكاك، وبالتالي ستخسر قطع الدومينو جزءًا من طاقتها على شكل حرارة وصوت.

الأدوات اللازمة لتجربة رمي كرة وورقة

لإجراء هذه التجربة، ستحتاج إلى:

• كرة تنس.
• ورقة.

خطوات تنفيذ تجربة رمي كرة وورقة

1. إسقاط كرة التنس والورقة من ارتفاع واحد وفي نفس التوقيت.
2. مراقبة أيهما ستصل أسرع.

تفسير اختلاف سرعة السقوط

تتسبب قوة الجاذبية في سقوط الأجسام إلى الأسفل، ولأن تسارع الجاذبية الأرضية له قيمة ثابتة ولأنه تم رمي الأجسام من نفس الارتفاع، فستكون للأجسام جميعها نفس سرعة السقوط بغض النظر عن كتلتها.

أما بالنسبة للورقة، فقد وصلت الأرض متأخرة بسبب مساحة سطحها الكبيرة التي تزيد من مقاومة الهواء لسقوطها.