الاستضاءة يتناسب عكسي مع

الاستضاءة يتناسب عكسي مع

الاستضاءة يتناسب عكسي مع مربع المسافة بين السطح ومصدر الضوء .

يمكن التحكم في مقدار الاستضاءة الواقعة على نقطة معينة وزيادة شدتها عن طريق استخدام مصباح له سطوع قوي، مما يؤدي إلى زيادة تدفق الضوء، ولكن ماذا إذا لم يكن معك مصباح ذو ضوء الشديد؟! بالطبع لم تتوقف قوانين الفيزياء أمام هذه المعضلة، فقد أُثبت أنه يمكن زيادة الاستضاءة الواقعة على نقطة معينة عن طريق استغلال القاعدة التي تقول أنها تتناسب عكسياً مع مربع المسافة.

إذ تزيد الاستضاءة وشدتها في نقطة ما كلما كانت تلك النقطة قريبة من مصدر الضوء، فإذا أردت على سبيل المثال أن تزيد من الاستضاءة الواقعة على مكتبك من مصباح ما، يمكنك أن تحرك ذلك المصباح (مصدر الضوء) إلى موقع أقرب لسطح المكتب، وبهذا تنخفض المسافة بين المصدر الضوئي والسطح الذي يضيئه، وذلك بناءً على علاقة التربيع العكسي الموجودة بين الاستضاءة والمسافة.

ويمكن فهم معنى أن الاستضاءة تتناسب عكسياً مع المسافة التي يبعدها مصدر الضوء عن الجسم الواقع عليه عن طريق القاعدة E= P/4πr2، إذ  تتساوى الاستضاءة الواقعة على جسم ما مع التدفق الضوئي للمصدر مقسوماًَ على المساحة السطحية لكرة نصف قطرها يساوي بعد الجسم على المصدر الضوئي.

وبالنظر إلى القاعدة الفيزيائية E= P/4πr2 فإن E تتناسب عكسياً مع r2 أي أنه كلما ارتفعت نسبة r2 انخفضت نسبة E، وكلما انخفضت نسبة r2 ارتفعت نسبة E.

وبهذا نعرف أن التدفق الضوئي يمكنه الانتشار في شكل كروي في جميع الاتجاهات، لهذا فإن المعادلة السابق ذكرها تكون صحيحة في حالة كان الضوء الصادر ساقط عمودياً على السطح الذي يضيئه، كذلك لا تكون صحيحة إلا إذا كان مصدر الضوء صغيراً أو على الأقل بعيداً بدرجة كافية ليمكن اعتباره مصدر نقطي.

ونُعني بقولنا هذا أن القاعدة السابق ذكرها لا تسري على الاستضاءة الناتجة عن المصابيح الكهربائية الفلورسنتية الطويلة، إلى جانب المصابيح الكهربائية المتوهجة التي تكون قريبة من السطح الذي تضيئه. [2]

الاستضاءة تتناسب طرديا مع

الاستضاءة تتناسب طرديا مع شدة الإضاءة .

نجد أن الاستضاءة تتناسب طردياً مع شدة إضاءة مصدر الضوء، ويمكن تأكيد هذا عن طريق تطبيق القانون الرياضي المسمى قانون “لامبرت لجيب التمام”، وهو قانون ينص على أن الاستضاءة تتناسب طردياً مع جيب تمام الزاوية بين العمود الواقع على نقطة ما وخط التدفق عند تلك النقطة.

كما يؤكد القانون الفيزيائي السابق ذكره “قانون المربعات العكسية” نفس الأمر، إذ يمكن التعبير عن الاستضاءة وشدة الاضاء كما يلي: E= I ÷d2 إذ تمثل E الاستضاءة، أما I فهي شدة الإضاءة النابعة من مصدر الضوء، وأخيراً d هي المسافة بين السطح والمصدر.

وتحدد شدة الإضاءة بوحدة الشمعة cd في بعض مصادر الإضاءة، وهنا لا تمثل الشمعة مقياساً للتدفق الضوئي، إنما هي مقياس لشدة الضوء لمصدر نقطي، وتساوي شدة الإضاءة التدفق الضوئي الساقط على مساحة مقدارها 1 متر مربع من مساحة السطح الداخلي لكرة نصف قطرها 1 متر، لهذا يمكن استنباط أن شدة الضوء تساوي التدفق الضوئي مقسوماً على 4π ويرمز لها بالرمز I.

وبالتدقيق في قانون التربيع العكسي الذي ينص على أن E= P/4πr2 نتأكد من أن الاستضاءة تتناسب طردياً مع شدة الإضاءة إذا اعتبرنا أن r “المسافة بين مصدر الضوء والسطح الذي يُسقط عليه ضوءه”، إذ ترتفع نسبة الاستضاءة الواقعة على سطح ما في حالة زادت شدة الإضاءة، كما أن نسبة الاستضاءة تنخفض كلما انخفضت شدة الإضاءة.

ولنضرب مثال على ذلك؛ تخيل لو أن مصباح كهربائي على بعد مترين من شاشة، ومن الناحية الأخرى هناك شمعة على بعد متر واحد منها، هذا يُعني أن المصباح الكهربائي يبعد عن الشاشة ضعف مسافة الشمعة، فإذا أردنا أن نجعله يولد إضاءة على سطح الشاشة كتلك التي تولدها الشمعة القريبة منها، يجب أن يكون هذا المصباح له درجة سطوع أكبر أربع مرات من سطوع الشمعة، بمعنى آخر يجب أن تكون شدة إضاءة المصباح أربعة أضعاف شدة إضاءة الشمعة. [3] 

مفهوم الاستضاءة

الاستضاءة هي معدل اصطدام الضوء بوحدة المساحات للسطح.

يكمن مفهوم الاستضاءة في التعريف أولاً بكمية الضوء، وكمية الضوء يقصد بها معدل انبعاث طاقة الضوء من مصدر مضيء، ويشار لها باسم “التدفق الضوئي”، وقد رمزنا لها في قوانينا سابقاً بالرمز P، وتقاس كمية الضوء بوحدة لومن lm، فنجد أن المصباح الكهربائي الذي تبلغ قدرته 100 W يمكنه أن يصدر كمية ضوء تصل إلى 1750 لومن.

فبمعرفة كمية الضوء المنبعثة من ذلك المصدر المضيء؛ يمكن تحديد مقدار الإضاءة “الاستضاءة” التي تصدر من المصدر على سطح جسم ما ككتاب أو طاولة على سبيل المثال، وقد وضعت الوحدة لوكس lx كوحدة رسمية لقياس الاستضاءة، وهي تساوي لومن لكل متر مربع lm/ m2، ولكن علينا أن نعلم أن مقدار الاستضاءة المحسوب يتوقف على عدة عوامل نتعرف عليها تالياً. 

العوامل المؤثرة على الاستضاءة

• درجة سطوع الضوء.
• مستوى ارتفاع مصدر الضوء.
• التباعد بين مصادر الإضاءة.
• لون السطح الواقع عليه الضوء.

تتأثر الاستضاءة بعدد من العوامل؛ مثل: المسافة المحسوبة بين مصدر الضوء والسطح الواقع عليه الضوء، وكذلك شدة إضاءة المصدر الضوئي، وإلى جانب تلك العوامل الفيزيائية المؤثرة نجد أن هناك بعض العوامل الأخرى التي اعتمد عليها مصمموا الديكور بعد تطبيق القوانين الفيزيائية المختلفة المتعلقة بالاستضاءة، وعن طريق تلك العوامل استطاعوا أن يغيروا من كمية الضوء “الاستضاءة” الواقعة على جدران المنازل وغيرها.

درجة سطوع الضوء: عادةً يكون الضوء ذو السطوع القوي مزعجاً للعين، وهذا ينطبق أيضاً على المصدر الضوئي ذو السطوع المنخفض، لهذا فقد وجد الخبراء أن أفضل استضاءة يمكن الحصول عليها من ضوء معكوس على جدار حتى يفقد جزءاً من توهجه إن كان قوياً.

مستوى ارتفاع مصدر الضوء: يستخدم العاملون في مجال الديكورات إلى جعل مصادر الضوء المباشرة بالقرب من الأسقف قدر الإمكان في الغرف ذات المساحات الواسعة، وذلك لأن خفضها قد يؤدي إلى جعل الاستضاءة مشوشة وغير منتظمة، إذ يمكنها التأثير على مجال الرؤية نتيجة زيادة نسبة السطوع.

أما في حالة المصادر الضوئية غير المباشرة؛ فالعاملون بالمجال يفضلون أن ضبط موضع مصدر الضوء ليكون بعيداً إلى كبير عن السقف؛ وذلك بهدف توحيد الإضاءة الموزعة على السقف وكذلك الأرضية، فتكون المصادر معلقة من ربع إلى ثلث المسافة الأفقية بين صفوف مصادر الضوء.

التباعد بين مصادر الإضاءة: لاحظ العاملون في مجال الديكور أن خلق مسافات كبيرة بين مصادر الضوء في المكان الواحد يمكن أن يجعل هناك فجوات مظلمة نسبياً، في حين أن التقريب بين تلك المصادر بالقدر الملائم يوفر إضاءة موحدة في المكان الواحد.

لون السطح الواقع عليه الضوء: تختلف الاستضاءة باختلاف لون الجدار أو السقف الواقع عليه الضوء؛ إذ تعكس الجدران والأسقف ذات اللون الأبيض الضوء أكثر من الأسقف والجدران المزركشة أو الملونة. [4]