سرعة الضوء في الماء

أن الضوء له العديد من الاستخدامات اليومية في حياتنا، وقد أخذ من العلماء وقتاً ومجهوداً وتجارب كثيرة للتوصل إلى ماهيته وإلى تطويره وتطوير كل ما يتعلق به واستخدام خواصه في التطبيقات التكنولوجية والحياتية اليومية ولمعرفة سرعة الضوء في الماء أو في الهواء.

للنشر

واتس اب شارك غرد شارك

محتويات

ما هو الضوء

سرعة الضوء

سرعة الضوء في الماء

خواص الضوء

مفاهيم متعلقة بسرعة الضوء

استخدامات الضوء

---

ما هو الضوء

هو عبارة عن تجمع إشعاعات كهرومغناطيسية يمكن لأعين الإنسان رؤيتها وهي من أنواع الموجات الكهرومغناطيسية التي يمكن له أن يراها فهناك موجات كهرومغناطيسية لا يمكن له رؤيتها، وتنقسم موجات الضوء إلى قسمين الموجات الأطول ويطلق عليها الأشعة تحت الحمراء، والموجات الأقصر ويطلق عليها الأشعة فوق البنفسجية.

المصدر الأساسي للضوء: الشمس هي المصدر الأساسي للضوء على سطح الأرض.

أما الطول الموجي للضوء : يتراوح بين 400-700نانو متر, حيث يقدر طول الموجات في النطاق الضيق ما بين 680- 420نانو متر.

أما في النطاق الواسع يتراوح طوله ما بين 800-380نانو متر.

ومن الجدير بالذكر أن مصطلح الضوء يتم إطلاقه على الإشعاعات الكهرومغناطيسية بشكل عام سواء يمكن رؤيتها أو لا.

يطلق على دراسة الضوء "علم البصريات" وهو من مجالات علم الفيزياء الحديث, ومنه أن الأجسام التي تتم رؤيتها ليست ملوّنة وإننا نرى هذه الألوان بحسب طبيعة الضوء المنعكس عليها.

سرعة الضوء

أولا تعددت المحاولات للعلماء قبل الوصول إلى الحقائق الثابتة حول سرعة الضوء فمثلا:

كان أول المحاولات هو وجهة نظر العالم "إيمبيدوكليس" حيث عبر عن سرعة الضوء بقوله" لأن الضوء يتحرك فإنه يحتاج وقتاً ليسافر".

أرسطو: هو أول من تحدث بصيغة موضحة عن سرعة الضوء وذلك حيث قام بمعارضة إيمبيدوكليس قائلاً موضحاً أن الضوء يسافر في لحظته دون الحاجة إلى أي وقت.

أجرى العالم جاليليو العديد من التجارب ليثبت سرعة الضوء ولكنه فشل في ذلك.

ثم جاء "رومر" الإيطالي ليثبت سرعة الضوء بصورة تقريبية وذلك بعد متابعة خسوف الأقمار حول كوكب المشترى، وقد قام بمعارضته بعض العلماء الفلكيين ومنهم جيوفاني كاسين.

وكان من العلماء الذي وافق على ما توصل إليه رومر بعض العلماء الفلكيين الآخرين بالإضافة إلى موافقة العالم إسحاق نيوتن على القيمة التي توصل إليها رومر بعض تجاربه العديدة.

كما تبلغ سرعة الضوء في الثانية مقدار299,792,458م/ث وهي سرعة ثابتة ورمزها هو "c".

يعتبر الضوء من أسرع الأشياء الموجودة على كوكب الأرض، فقد افترض العلماء سرعة الضوء لو كانت لدى الإنسان لكان بإمكانه أن يجول الأرض 7مرات ونصف في الثانية.

ويستغرق انتقال الضوء من كوكب الأرض إلى القمر زمن قدره ثانية واحدة حيث تبلغ المسافة بينهما حوالي 384398.24 كم تقريباً.

كما يستغرق انتقاله من الشمس إلى الأرض زمن قدره 8دقائق حيث تبلغ المسافة بينهما حوالي 149597886كم تقريباً، ويتم حساب المسافات الفلكية باستخدام قيمة سرعة الضوء.

سرعة الضوء في الماء

تتغير سرعة الضوء بحسب الوسط الذي تمر خلاله حيث تتعرض لما يعرف بالانكسار وذلك يرجع إلى اصطدام موجاته بجزيئات مواد الوسط وبذلك تقل سرعة الضوء.

كما يطلق على معدل انخفاض سرعته خلال مروره بأي وسط ب" دليل انكسار الوسط" وتزيد قيمته على الواحد الصحيح، وهذا ما توصلّ إليه العالم جين فوكو سنة 1850.

تبلغ قيمة دليل انكساره في الهواء قيمة: 1.0003.

كما تبلغ قيمة دليل انكساره في الفراغ: 1.

كما تبلغ قيمة دليل انكساره في الماء:1.33.

وللتوصل إلى سرعة الضوء في الماء يتم حسابه بتطبيق قانون: السرعة= ثابت سرعة الضوء/معامل انكسار الوسط.

أي إن سرعة الضوء في الماء = 299.792.485/1.33= 225407863.16 م/ث.

كما يؤدي تغير سرعة الضوء في الهواء عن سرعته في الماء إلى ما يعرف بانكسار ضوء الشمس حيث ينكسر الضوء عند اصطدامه بجزيئات الماء على سطح البحر مما يقلل من اختراق الضوء لأعماق البحر وتفريقه فلا يصل ضوء الشمس إلى أعماق البحر بل يصل فقط إلى مسافة أقصاها 100متر بالتقريب.

حيث يصل اللون الأحمر من الضوء إلى مسافة 15متر، كما يخترق الضوء الأصفر إلى مسافة 30 متر، كما يصل اللون البرتقالي من الضوء إلى 50متر ثم يزيد عنه البنفسجي والأزرق والأخضر مسلفة أكثر عُمقاً ولكنها ليست محددة وذلك لقصر أطوالها الموجية.

خواص الضوء

للضوء خواص وطرق يعبر من خلالها عن نفسه وهي التي ينتقل بها في الفراغ أو من خلال الأجسام المحيطة بنا ومن هذه الخواص:

انكسار الضوء

هو تغير في اتجاه مسار الموجة عند انتقالها من وسط مادي إلى وسط مادي آخر, ويقدر هذا الانثناء في الموجة بطول موجي معين ويتم حساب زاويته الواقعة بين معامل انكسار الهواء ومعامل انكسار الوسط الآخر وذلك بواسطة حساب المثلثات فيما يُعرف بقانون الانكسار, ولا يكون الانكسار الحادث للضوء بمستوى أو معدل ثابت لذلك نجد أن الأطوال الموجية ليست متساوية فنجد أن الضوء يتشتت ويتحلل إلى ألوان الطيف, يتم استخدام خاصية انكسار الضوء في صناعة النظارات والعدسات اللاصقة والعدسات المكبرة والتلسكوبات والمجاهر.

التداخل

حيث تتكون الموجات التي يتألف من الضوء من قمم وقيعان تجتمع بصورة ما لتكون نوعين من التداخل وهما:

التداخل البنّاء : وهو عبارة عن مرور موجتين فتصطدم القمتان لهما لينتج عن هذا الاصطدام قمة عظمى تعطى ضوء بشكل أكبر.

التداخل الهدّام: هو عبارة عن التقاء قمة لموجة مع قاع لموجة أخرى فينتج عنها نقطة معتمة، وقد أثبت هذه الحقائق تجربة العالم الإنجليزي "توماس يونغ".

انعكاس الضوء

يحدث الانعكاس بعد سقوط الضوء على الجسم فيقوم هذا الجسم بالاحتفاظ بالطاقة الضوئية ثم إعادة إرسالها في جميع الأوساط والاتجاهات المحيطة به, وينص قانون الانعكاس الضوئي على أن زاوية الشعاع الساقط = زاوية الشعاع المنعكس, ويتم استخدام خاصية الانعكاس الضوئي في المرايا والأسطح المصقولة لان جميعها يمتلك أسطح ملساء.

الحيود والانتشار

وهو عبارة عن انتشار موجات الضوء في خط مستقيم أو حول جسم صغير، ويساعد حيود الضوء إلى انتشار ألوانه بكمية معينة بحيث يسهل التعرف إليها وذلك عند استخدام مجهر ذو كفاءة عالية، كما تساعد في فصل اللون الأبيض عن الألوان الأخرى بسبب تشتت ألوان الضوء.

امتصاص الضوء

عند اصطدام الضوء بوسط مادي شفاف فإن بعض منه يستهلك في صورة طاقة حرارية ويتم امتصاص بعض الأطوال الموجية فتعكس المادة الأطوال الموجية التي لم تقوم بامتصاصها على أنها لون هذه المادة.

مفاهيم متعلقة بسرعة الضوء

السنة الضوئية: عرفها العلماء الفلكيون بأنها المسافة التي يقطعها الضوء في سنة واحدة وتبلغ قيمتها 9.5 تريليون كم.

إشعاع شرينكوف: هو عبارة عن توهج أزرق اللون يحدث في المفاعل النووي وتكون سرعته أكبر من سرعة الضوء، وقد اكتشفه العالم بافل شرينكوف.

الإشعاع الكهرومغناطيسي: هو أحد أشكال الطاقة الكهرومغناطيسية والتي تتمثل في الأشعة السينية وموجات الراديو وموجات الضوء المرئي وأشعة الشمس وأشعة جاما.

الطول الموجي: هو المسافة بين قمتين متتاليتين للموجة.

التردد: عدد مرات مرور القمة بنقطة ثابتة في الثانية الواحدة.

سرعة الانتشار: هي المسافة التي تقطعها الموجة في الثانية الواحدة أثناء انتشارها.

استخدامات الضوء

يستخدم الضوء فيما يعرف بتحديث ميكانيكا الكم وذلك من بواسطة التردد الضوئي للذرات.

كما يستخدم الضوء في صناعة الأجهزة والتطبيقات الحديثة التي نستخدمها بشكل يومي في حياتنا.

استطاع العلماء بفضل الضوء التوصل إلى معلومات كونية هامة كالتعرف على حال الكون في الماضي وحساب التمدد الكوني.