الالات القياس


مقياس مدرج بالمليمترات، تنزلق عليه ورنية تقيس أعشار المليمتر، كما في الشكل (4) وتقيس القدمة المسافة حيث يستخدم الرأس (أ) لقياس العمق. والفكان (حـ ، حـ)) يقيسان بينهما القطر الخارجي أو السمك. كما يقيس الفكان ( د ، د) القطر الداخلي.

تدريب (1): قياس القطر الخارجي:
يلزمك لهذا التدريب: أنابيب اختبار، قطع نقدية،  أقلام....
العمل (1) :
ضع الجسم (أنبوب أو قطعة نقد أو قلم) بين الفكين (حـ ، حـ) ادفع الجزء المنزلق إلى الخلف حتى ينطبق الفكان على الجسم، ثم خذ القراءة، وسجل في الجدول.

تدريب (2): قياس القطر الداخلي:
يلزمك لهذا التدريب: أنابيب اختبار، زجاجات  صغيرة مختلفة، غطاء قلم معدني...

العمل (2):
ضع الفكين (د ، د) بداخل فتحة أنبوب الاختبار، وحرك الجزء المنزلق إلى الأمام حتى يلامس الكفان سطح الأنبوب من الداخل، ثم خذ القراءة وسجل في الجدول.
- الطرف (أ) يستعمل لقياس العمق.

تدريب (3) قياس العمق
يلزمك في هذا التدريب، أغطية، أقلام مختلفة، أنابيب اختبار، زجاجات صغيرة مختلفة.
زجاجات صغيرة مختلفة. ...
العمل (3)..
أدخل الطرق (أ) بداخل الفتحة، ثم دعه ينزلق حتى يلامس القعر، بينما تكون حافة القدمة ملامسة للفوهة، خذ القراءة، وستجل ذلك في الجدول.
3       الميكرومتر                                                 Micrometer

الميكرومتر جهاز يستعمل لقياس المسافات الصغيرة جداً، مثل سمك شفرة الحلاقة، سمك ورقة، سمك صفيحة من الألومنيوم. أنظر الشكل (5) الآتي:

يتكون الميكرومتر من فك ثابت يقابله فك متحرك، ويوضع الجسم المراد قياس أبعاده بين الفكين، الفك المتحرك يتحرك داخل أسطوانة على تدريج طولي بالملمترات؛ تحرك عليها أسطوانة عليها تدريج دائري مقسم إلى مئة جزء، فعندما تدور الأسطوانة دورة كاملة، يتقدم الفك المتحرك 1 ملم إلى الأمام أو الخلف،  ويتم ذلك بإدارة مقبض خاص.

عملية القياس
1- قبل القياس، نقرب الفك المتحرك من الفك الثابت باستعمال المقبض (الخشن)، حتى تبقى مسافة صغيرة، ثم نواصل التقريب باستعمال المقبض الخلفي، حتى يتلامس الفكان، ثم نأخذ القراءة على المقياس الطولي والمقياس الدائري، وتسمى هذه القراءة (الخطأ الصفري).
 2- نحرك المقبض الخشن، ونبعد الفك المتحرك عن الفك الثابت مسافة أكبر من المسافة المراد قياسها، ثم نضع الجسم المراد قياسه بين الفكين، ونحرك المقبض الخلفي حتى ينطبق الفكان على الجسم، ثم نأخذ القراءة على المقياس الطولي والمقياس الدائري.
3- نطرح القراءة التي حصلنا عليها في الخطوة الأولى من القراءة التي حصلنا عليها في الخطوة الثانية، فينتج سمك الجسم المراد قياسه.
قراءة الميكرومتر: أنظر الشكل (6). قراءة المقياس الطولي = 5 مم . أنظر إلى المقياس الدائري، الخط الطولي على المقياس الطولي يقع بن الرقمين 35 و 40، وخط المقياس الدائري المنطبق على الخط الطولي هو 38.
\ تكون قراءة المقياس الدائري 0.38 مم. + 5 مم على المقياس الطولي = 5.38 ملم.

ملحوظة: هناك أجهزة يكون التدريج الدائري فيها 50 تقسماً فقط، ويكون المقياس الطولي مدرج بالملميترات وأنصاق الملميترات.

تدريب:
تحتاج للتدرب على مهارة القياس با لمكرومتر إلى :
شفرة حلاقة؛ دبابيس مختلفة؛ مسامير؛ قطع نقود معدنية؛ قطع من أسلاك مختلفة القطر؛ صفائح فلزية رقيقة .. الخ.

العمل:
1- استعمل المقبض الخشن، وحرك الفك المتحرك حتى يقترب من الفك الثابت، ثم استعمل المقبض الناعم حتى ينطبق الفكان.
     (لا تمارس ضغطاً أكثر من اللازم حتى لا تتلف الجهاز ). خذ قراءة الملمترات على المقياس الطولي، ثم أجزاء الملمتر على المقياس الدائري ، سجل هذه لقراءة س1.
2- حرك الفك المتحرك لتحصل على فتحة أكبر من سمك الجسم الذي تريد قياسه، ضع الجسم بين الفكين ثم حرك المقبض الخشن حتى التلامس، حرك المقبض الناعم حتى يتم الإطباق على الجسم، خذ القراءة على الجهاز. س2 .
        سمك الجسم = س2 – س1.
كرر الخطوة الثانية مع الأجسام جميعها، التي تريد قياسها، ثم دون في الجدول المعد لذلك.

4       مقياس التكور  (السفيرومتر)

يتكون مقياس التكور كما هو مبين في الشكل (7). من قاعدة محمولة على ثلاث أرجل، تنتهي كل رجل منها برأس مدبب. يتحرك في مركز هذه القاعدة برغي متصل بتدريج دائري أفقي، ويتحرك هذا التدريج بمحاذاة تدريج آخر رأسي.
والتدريج الرأسي مدرج بالملمترات؛ فإذا دار البرغي دورة واحدة، فإن رأس البرغي يتحرك إلى أعلى (أو أسفل) مليمتراً واحداً، وإن تحرك جزءاً من دورة (             دورة مثلاً ) فإن التدريج الأفقي يدور بالنسبة نفسها، ( أي أنه يعطي قراءة           مم).
وتؤخذ قراءة التدريج الدائري بمحاذاة التدريج العمودي.
عندما نضع المقياس على سطح مستو ، تكون رؤوس أرجله الثلاث (أ ، ب ، حـ ) رؤوس مثلث متساوي الأضلاع، ويكون رأس البرغي (م) ف يمركز المثلث، لاحظ الشكل (8).
نفرض أن المسافة أ ب = ل
وهذه المسافة يمكن قياسها بدقة (بين رأسي رجلين)

وعندما ننقل الجهاز إلى سطح كروي محدب، فإن رؤوس الأرجل الثالثة تستقر على السطح عندما نحرك رأس البرغي إلى أعلى مسافة (ف) = م ي .
انظر الشكل (9).
ي م × م و = ب م × م ط . (نظرية الأوتار المتقاطعة في دائرة).
ي م = ف ، م و = 2نق – ف
\ ف ( 2 نق – ف ) = ب م2
نعوض عن (ب م ) من العلاقة (2).

بحل هذه المعادلة، ينتج أن

إذا إن نق هو نصف قطر الكرة التي يكون السطح جزءاً منها.

لاحظ أن السطح المحدب يستدعي تحريك رأس البرغي إلى أعلى، وبذلك، يرتفع التدريج الدائري إلى أعلى الصفر الموجود على المقياس الطولي، وأن السطح المقعر يستدعي تحريك رأس البرغي إلى أسفل، ، وبذلك، ينخفض مستوى التدريج الدائري تحت صفر المقاس الطولي.

مقياس تكور المسافة بين كل اثنين من رجلية (5)سم، وضع على سطح عدسة، ولامس رأس البرغي سطح العدسة، عندما تحرك الرأس إلى أعلى مسافة ( 3 ، 3) ملم، جد نصف تكور العدسة.
الحل: ل = 5سم؛ ف = 0.33 سم.
نستعمل العلاقة (3).

تدريب :
تحتاج في هذا التدريب إلى :
عدسات محدبة؛ عدسات مقعرة؛ زجاجة ساعة؛ مرايا محدبة؛ مرايا مقعرة؛ دوارق كروية.. الخ.
العمل:
1- ضع أرجل مقياس التكور على سطح مستوٍ أولاً، ثم حرك البرغي حتى يلامس السطح، أنظر هل تطابق صفر التدريج الدائري مع صفر التدريج الأفقي؟ إن تطابق الصفر دلالة على أن القياس سليم وجاهز للاستعمال، وإلا، فخذ القراءة ولتكن س0 . تسمى هذه القراءة: الخطأ الصفري.
2- ضع المقياس على السطح الكروي، حرك البرغي حتى يحدث التلامس التام للرؤوس الأربعة مع السطح، خذ القراءة ولتكن (س1). لاحظ الحركة، فإن كانت فوق الصفر على المقياس الطولي فالسطح محدب؛ وإن كانت إلى أسفل الصفر، فالسطح مقعر.
3- استعمل العلاقة (3) لتجد نصف قطر تكور السطح.
5       المنشور                                                                 Prism

المنشور جسم شفاف له خمسة أوجه: اثنان متقابلان على شكل مثلث، والأوجه الثالثة الأخرى على شكل مستطيل.
المنشور مصنوع من الزجاج أو البيرسبكس، أو أي مادة أخرى صلبة وشفافة.
ويستعمل المنشور لتحليل الضوء الأبيض للحصول على الطيف، كما يستعمل لإيجاد معامل انكسار المادة الشفافة التي صنع منها.

تدريب (1)
قياس زاوية رأس المنشور:
انظر الشكل (10)، تسمى الزاوية (أ) زاوية رأس المنشور، وأحيانا تسمى زاوية المنشور.
يلزمك لهذا التدريب: منشور ، ورقة بيضاء مسطرة منقلة.

العمل (1)
1- ضع المنشور على الورقة، ثبت المنشور بالضغط عليه بالإصبع، ثم ارسم خطين بمحاذاة وجيهة. أنظر الشكل (11).
2- ارفع المنشور، مد الخطين على استقامتهما حتى يتقاطع الامتدادان في نقطة (أ).
3- استعمل المنقلة لقياس الزاوية (أ)ن.

تدريب (2)
العلاقة بين زاوية رأس المنشور وزاوية السقوط والخروج والانحراف:
تحتاج في هذا التدريب إضافة لما ورد في تدريب (1)، إلى أربعة دبابيس ولوح من الفلين (أو البوليسترين، أو الكرتون أو الخشب الطري).

العمل(2)
ضع ورقة فوق لوح الفلين، ثم ضع المنشور على الورقة، ارسم تخطين لتحدد بهما ضلعي الزاوية (أ)، ومكان المنشور أيضاً.
اغرس الدبوسين (ب ، هـ) كما في الشكل (12)
بحيث يكون الدبوس (ب) ملاصقاً للمنشور. وأنظر من الجهة المقابلة، واغرس الدبوس (حـ) بحيث يكون (حـ) وصور تا (ب) و (هـ) على استقامة واحدة، ابتعد قليلاً، ثم اغرس الدبوس (و)، بحيث ترى (و) و (حـ) وصورتي (ب) و (هـ) على استقامة واحدة.
ارفع المنشور وصل النقاط الأربع بخطوط مستقيمة. حدد زاوية السقوط (µ) ، وزاوية الخروج (b)، وزاوية الانحراف (ح).
قس هذه الزوايا الثالث (سبق أن قست الزاوية (أ) ).
أستعمل منشورين آ×رين، وكرر العمل (2)، ثم سجل نتائجك في الجدول.
6       المطياف                                                     Spectrometer

المطياف جهاز يستعمل لتحليل الضوء الأبيض لألوان الطيف المعروفة؛ كما يستعمل لإيجاد زاوية الانحراف في نهايتها الصغرى في المنشور، وفي إيجاد معامل الانكسار لمادة المنشور.
يتكون المطياف من : (لاحظ الشكل  13 – أ، ب)
(1) المجمع: أنبوب في طرفه البعيد شق ضيق، وفي طرفه القريب عدسة لامة توضع بحيث يقع الشق في بؤرتها؛ وبذلك، تخرج الأشعة من العدسة متوازية.
(2) المنضدتان: المنضدة الكبيرة ثابتة ومدرجة 360ْ ؛ والمنضدة الصغيرة متحركة، وعليها ملقط لتثبيت المنشور أو المحززة التي توضع عليها، ويمكن إدارة هذه المنضدة بحيث يتغير وضع المنشور (أو المحززة) لتغيير زاوية سقوط الأشعة عليه.
(3) المنظار: وهو مركب على قاعدة متحركة تدور حول المنضدة الكبيرة، وعمله هو زيادة التوضيح والدقة عند استقبال الأشعة المنكسرة من المنشور. عند النظر في المنظار، نرى خطين متقاطعين على شكل (+) نستعمل الخط العمودي، فنجعله ينطبق على الصورة المتكونة عند القياس، كما توجد ورنية على المقياس الدائري لإعطاء أجزاء الدرجة (عادة، تكون فوق الورنية عدسة محدبة لتوضيح رؤية الأجزاء).

إعداد المطياف
1- ضع مصدراً ضوئياً إحاديَ اللون أمام شق المجمع.
2- حرك المنظار حتى يكون على استقامة المجمع، انظر في المنظار حتى ترى  صورة الشق واضحة، عدل في اتساع الشق حتى ترى أوضح صورة.
3- خذ قراءة المقياس والورنية، فإن كانت القراءتان صفراً، فالجهاز معاير وإلا فخذ القراءة (الخطأ الصفري) لاحتسابها.
يستعمل الجهاز لعدة أغراض منها:
أ- إيجاد زاوية المنشور العمل:
ضع المنشور على المنضدة، ثم دع الضوء يسقط على رأسه، عدل الوضع حتى ينعكس الضوء عن وجهي المنشور.
hابحث عن وضعين ترى منهما صورة الشق الناتجة من الانعكاس.
     انظر الشكل (14).
hخذ قراءة الزاوية في الوضع الأول؛ ثم خذ قراءة الزاوية في الوضع الثاني.

    الفرق بني القراءتين = ضعفي زاوية رأس المنشور.

سؤال: سقط شعاع ضوئي على سطح مرآة مستوية، وكانت الزاوية بين الشعاع وسطح المرآة
(a) برهن أن الزاوية بين الشعاع المنعكس وامتداد الشعاع الساقط تساوي (2  µ) ، لاحظ الشكل (15).

ب- قايس زاوية الانحراف في النهاية الصغرى تحتاج في هذا التدريب إلى :
منشور؛ مطياف، مصدر ضوئي أحادي اللون (صوديوم مثلاً)، وإن لم يتوافر، فاستعمل مصدر ضوء أبيض في صندوق له نافذة، وضع على النافذة ورقة سيلوفان (حمراء، خضراء...) بحيث تنفذ أحد ألوان الطيف فقط.
العمل:
hضع مصدر الضوء أمام شق المجمع.
h انظر في المنظار وحركه حتى ترى أوضح صورة للشق، وخذ قراءة الزاوية (µ). (خطأ الجهاز الصفرى ).
hضع المنشور على المنضدة الصغيرة، بحيث يسقط الضوء عمودياً عليه، حرك منضدة المنشور لتزيد في قيمة زاوية السقوط شيئاً فشيئاً، مع النظر في المنظار حتى ترى الضوء ينفذ من المنشور، لاحظ الشكل (16).
hلاحظ أن قيمة زاوية الانحراف تبدأ كبيرة ثم تصغر شيئاً فشيئاً، ثم تعود تكبر مرة أخرى شيئاً فشيئاً.
- حدد قيمة أصغر زاوية انحراف تحصل عليها.  (ح1*)
- ارفع المنشور وضع منشوراً آخر مكانه.
- كرر خطوات العمل (3) و (4).
- حدد قيمة أصغر زاوية انحراف للمنشور الثاني. (ح2*).
- كرر خطوات العمل (3) و (4) لمنشور ثالث.
- حدد قيمة أصغر زاوية انحراف للمنشور الثالث (ح3*).
- سجل هذه القيم في الجدول.

(إن كان لديك وقت، فاستعمل لوناً أخر، ثم أعد الخطوات السابقة).
7       تحليل الضوء الأبيض بوساطة المنشور

الأساس النظري  للتجربة

يتكون الضوء الأبيض من ألوان الطيف المعروفة، وكل لون يتكون من حزمة من الأشعة، وتسير هذه الحزم في الفراغ، ولها السرعة نفسها، ولكن، عندما تسير في الأجسام الشفافة، تختلف سرعها؛ لأن لكل لون معامل انكسار خاص به، وبذلك، تختلف زوايا انحرافها في المنشور. وتعتمد زاوية الانحراف على:
hزاوية رأس المنشور.
hزاوية سقوط الأشعة الضوئية.
h معامل الانكسار الخاص بكل لون.

المواد والأدوات والأجهزة اللازمة

المطياف؛ منشور؛ مصدر للضوء الأبيض (مصباح كهربائي ذو فتيلة).

الأساس النظري  للتجربة

1- شع المصباح أمام شق المجمع، ثم انظر في المنظار حتى ترى أوضح صورة للشق، وخذ قراءة الزاوية (q).
2- ضع المنشور على منضدته، ثم ثبته بالملقط.
3- حرك منضدة المنشور والمنظار معاً، لتصل إلى وضع التماثل، انظر الشكل (17).

أنت تعلم أن زاوية الانحراف تكون في نهايتها الصغرى، عندما تكون زاوية السقوط على المنشور تساوي زاوية الخروج منه؛ وبالتالي، تتحرك حزمة الأشعة في المنشور موازية لقاعدته.
وبذلك، ترى أوضح صورة للطيف.
4- حرك المنظار، بحيث ينطبق الخط العمودي في الإشارة (+) على أوضح منطقة في اللون الأحمر؛ خذ القراءة (bأحمر). وحرك المنظار حتى ينطبق الخط على أوضح منطقة في اللون الأخضر؛ خذ القراءة (bأخضر). حرك المنظار حتى ينطبق على أوضح منطقة في اللون الأزرق؛ خذ القراءة (bأزرق).
سجل القيم التي حصلت عليها في الجدول.

         الأسئلة
                  

1- ما سرعة الأطياف الثلاثية في المنشور؟
2- هل لديك اقتراحات لتحسين هذه التجربة أو أجرائها إجراءً أفضل؟ ما هي؟