كاميرا من لفافات الورق (القُمرة المظلمة)

في هذه التجربة، سوف نقوم ببناء كاميرا صغيرة تعرض الصور على شاشة ورقية وتتيح تكبير الصورة وتصغيرها. تعتمد الكاميرا على جهاز قديم يسمى "الحجرة المظلمة" أو "القُمرة".

المعدات

• لفافتان من الكرتون (الأجزاء الداخلية لورق المرحاض)
• ورق الزبدة أو ورق مشمع
• رقائق ("ورق") الألومنيوم
• مقص
• ورق لاصق
• قلم حبر أو قلم رصاص مبري
• دبّاسة

مسار التجربة

يمكنكم مشاهدة سير التجربة في الفيديو التالي:

الشرح

لنتمكن من رؤية الأشياء في العالم، يجب على أشعة الضوء الخارجة من الأشياء أن تصل إلى أعيننا. مصادر الضوء، مثل المصباح، المصباح اليدوي أو لهب الشمعة - تنتج أشعة الضوء بأنفسها، في حين أنّ معظم الأشياء الأخرى تعكس الضوء المرتد نحوها من مصادر الضوء. نستثني من ذلك الأشياء ذات اللون الأسود، والتي تبتلع الضوء المنعكس عليها، بحيث أنّ ما نراه كلونٍ "أسود" هو عبارة عن غياب الضوء.

يستند مبدأ عمل الكاميرا التي بنيناها إلى حقيقة أنّ الضوء يتحرك في خطوطٍ مستقيمة فقط. قمنا بتغطية الاسطوانة الخارجية للكاميرا بواسطة ورق الألومنيوم مع إحداث ثقب صغير. يعزل ورق الألومنيوم الضوء، ومن ثمّ فإنّ شعاع الضوء الذي يتحرك تمامًا باتجاه الثقب يمكنه الدخول إلى الكاميرا. سيتم إيقاف كل شعاع آخر ولن يستطيع الوصول إلى الداخل، كما توضح لنا الصورة التالية:

لذلك، إذا وُجد شيء مضيء بصورةٍ عمودية مقابل الكاميرا، تمرّ أشعة الضوء الخارجة منه عبر الثقب وتكمل طريقها من هناك في خطٍ مستقيم حتى تلامس نقطة واحدة على الشاشة التي بنيناها على الاسطوانة الداخلية للكاميرا. يخرج شعاع ضوء واحد من كل نقطة في الجسم والذي يمر عبر الثقب ويمسّ مكانًا آخر في الشاشة. إنّ تجميع تسلسلات أشعة الضوء هذه هو الذي ينشئ نسخة ثنائية الأبعاد من الجسم على الشاشة. على الرغم من أنّ اتجاه الضوء يتحرك في خطوطٍ مستقيمة، يمسّ شعاعُ الضوء - الخارج من رأس الجسم والذي يمر عبر الثقب - الجزءَ السفلي من الشاشة، ويمسّ شعاع الضوء الخارج من قاعدة الجسم الجزءَ العلوي من الشاشة. النتيجة هي "انعكاس" الأشعة في طريقها من الجسم إلى الشاشة عبر الثقب، (يمين-يسار ونحو الأعلى-نحو الأسفل) وتبدو الصورة الناتجة معكوسة:

عندما نقوم بإبعاد الشاشة من الثقب، تقطع أشعة الضوء بعدًا إضافيًا داخل الكاميرا وتبتعد عن بعضها البعض، مما يؤدي إلى تكبير الصورة الناتجة على الشاشة:

يحدد حجم الثقب وضوح وحِدّة الصورة على الشاشة. كلما كان الثقب أكبر، كلما دخل المزيد من أشعة الضوء إلى الكاميرا وبذلك فإننا نحصل على صورة أكثر وضوحًا، لكن في هذه الحالة، قد يصل عدد من أشعة الضوء إلى أماكن مختلفة على الشاشة، ومن ثمّ فإنّ الصورة الناتجة تكون أقلّ حِدّة وأكثر ضبابية. الوضع الأكثر تطرفًا هو شاشة بدون ثقب بتاتًا؛ لذا تكون الشاشة مشرقة جدًا (لونها فاتح)، لكننا لا نرى عليها أي صورة.