ما الضوء

ما الضوء



على الرغم من كل التطور الهائل الذي أصبح عليه علم الفيزياء في يومنا هذا ، و على الرغم من أن موضوع دراسة الضوء من قبل العلماء يعتبر من أهم موضوعات علم الفيزياء قاطبة ، إلا انه و حتى يومنا هذا لا يزال الضوء سراً من أسرار الله سبحانه و تعالى في خلقه.

إن أهم الحقائق التي أمكن معرفتها عن الضوء أنه ينتج عن وجود فرق في طاقة الإلكترون المنتقل من مدار أبعد إلى مدار أقرب لنواة الذرة ، و قد حار العلماء في وصفه ، أجسيم هو ، أموجة هو ، أذو طبيعة مزدوجة هو ! و آخر ما قالوا فيه انه يسلك أحيانا كموجات وأحيانا أخرى كجسيمات ، و أشد ما نسف عقول العلماء هو إعتماد كونه موجة أو جسيم على رصده من قبل مراصد العلماء ، و هذا هو معترك علم ميكانيكا الكم المعقدة!


تم قياس سرعة الضوء في الفراغ و كانت هي الأعلى على الإطلاق في الكون حتى يومنا هذا و بلغت ثلاثمئة ألف كيلو متر في الثانية الواحدة أو ثلاثمئة مليون متر في الثانية الواحدة، و هي أعلى سرعة كونية على الإطلاق ، و أعلى سرعة ممكنة للضوء ذاته ، حيث ثبت للعلماء أنه أسرع ما يكون في الفراغ و تقل سرعته في الأوساط الأخرى حسب كثافة الوسط ، ففي الهواء مثلاً تقل قليلاً جداً عن ثلاثمئة مليون متر في الثانية الواحدة ، أما في الماء و الزجاج مثلاً فإنها تقل بشكل ملفت ، و كذلك تقل في الأوساط الأخرى و حسب كثافة الوسط فقد تقل بنسبة الثلث لو كان الوسط كثيفاً جداً .


الضوء لونه الأساسي أبيض و هو عبارة عن مجموعة من الألوان كلها تسير بنفس سرعة الضوء و هي ثلاثمائة مليون متر في الثانية الواحدة ، و لكنها تختلف عن بعضها في طول الموجة و التردد بتناسب عكسي فأطولها موجة أقلها ترددا و العكس صحيح.

الضوء قادر عل السفر عبر الفضاء و لمسافات شاسعة فهو لا يتبدد في الفراع ، و هذا يفسر رؤيتنا للنجوم في أقاصي الكون السحيق و هي تبعد عنا تريليونات الكيلو مترات !!

ما هو انعكاس الضوء




الإنعكاس بشكل عام مصطلح من مصلحات علم الفيزياء كذلك هو مصطلح من مصطلحات علم الرياضيات، ولكن عندما نتحدث عن إنعكاس الضوء فإننا بصدد تعريف مفهوم الإنعكاس فيزيائيا، فالإنعكاس في الفيزياء يعني إرتداد الاشعة عند سقوطها على سطح يفصل بين وسطين مختلفين فعندما نقول إنعكاس الضوء يعني ذلك إرتداد الموجة الكهرومغناطيسية للضوء والساقة على السطح الفاصل بين وسطين إلى ذلت الوسط الذي صدرت منه.

و إذا كان الوسط الذي صدرت منه الأشعة هو الهواء - كما هو عادة - وكان الوسط الأخر وراء السطح الفاصل شفافا فإن الاشعة المرتدة للعين تبدو للناظر وكأنها صادرة من الوسط الشفاف الآخر فيرى صورة الأشياء في الوسط الآخر وكأنها بداخله ، ومثال ذلك عندما ترى صورتك في المرآة ، وعندما تشاهد صورة لجبل في بحيرة ماء بقربه.

إنّ ما يحدث هو سقوط شعاع الضوء على السطح الأملس وإرتداه بإتجاه عين الناظر ، وكلما زادت نسبة مصقولية السطح الشفاف الساقطة عليه الأشعة كانت الصورة المتكونة أوضح.

حسب قوانين الفيزياء فإن زاوية سقوط شعاع الضوء تساوي زاوية إنعكاسه ويصدق ذلك دائما عندما تحسب المسافة الساقط عليها الشعاع وكانها مسافة يئول طولها للصفر، حيث أن المسافات الكبيرة لسقوط حزمة من الأشعة عرضة للتعرجات وبالتالي يبدو للناظر ككل ان الأشعة لا تنعكس متوازية، والحقيقة أن زاوية السقوط دائماً تساوي زاوية الإنعكاس حيث انه في المنطقة المتعرجة تختلف زاوية السقوط فتختلف زاوية الإنعكاس فتبدو الاشعة الكلية المنعكسة غير متوازية.

الضوء ينعكس عن كل الأجسام سواء الشفافة أو القاتمة ، ولكن الصور تتشكل داخل الأوساط الشفافة فقط، اما غير الشفافة فتعكسه فقط دون تكوين صور أو قد تكون صور باهتة جدا يصعب رؤيتها بالعين المجردة، كما أنّ اللون الأبيض في الأجسام غير الشفافة هو أكثر الألوان التي تعكس الضوء والأسود أقلّها، لذلك إن وضعت نفس المادة من لونين أبيض وأسود تحت الشمس ترى أنّ ذات اللون الأسود أكثر حرارة لأنّها تمتص الضوء أكثر مما تعكسه.

ما هي السنة الضوئية



ماهي السنة الضوئية
السنة الضوئية هي واحدة من أهم وأبرز وحدات القياس التي تستخدم في المسافات البعيدة كما في علم الفضاء أو الكونيات، فهذه الوحدة هي الأنسب لمثل هذه العلوم. السنة الضوئية يمكن تعريفها على أنها تلك المسافة التي يقوم الضوء بقطعها خلال السنة الواحدة، فإن أردنا حسب ذلك بالأرقام للزمنا على الفور أن نجد سرعة الضوء، ومن هنا فإن سرعة الضوء تبلغ نحو 300 ألف كيلو متراً مربعاً في الثانية الواحدة، من هنا فإن المسافة التي يقطعها الضوء في الدقيقة الواحدة تقدر بـ 18 مليون كيلو متراً، في حين تقدر المسافة التي يقطعها الضوء في الساعة الواحدة بحوالي ( 1,080,000,000) كيلو متراً، في الوقت الذي تقدر فيه المسافة التي يقطعها الضوء في اليوم الواحد بحوالي ( 25,920,000,000 ) أما المسافة التي يقطعها الضوء في السنة الواحدة فهي ( 9.46 تريليون ) كيلو متراً. من هنا نرى أن هذه المسافة هي مسافة هائلة وبشكل ضخم جداً، لهذا السبب فإن السنة الضوئية تستخدم لقياس هكذا مسافات أي في القضاء والكون. ومع عظم هذه الوحدة، فإن هذه المسافة التي يقطعها الضوء في سنة واحدة لا يمكن أن تقارن نهائياً بالمسافات الكونية، فالمسافات الكونية موضوع آخر، فمثلاً هناك نظام شمسي يسمى بنظام " ألفا قنطور " وهو أقرب النظم النجمية إلى شمسنا حيث تبلغ المسافة بيننا وبينه حوالي 4.3 سنة ضوئية، وهذا يعني أن ضوء قنطوري سيحتاج إلى 4.3 سنة حتى يصل إلينا، وهذا يعني أن هذا الضوء عندما يصل إلينا سيرينا الصورة التي كان عليها قبل 4.3 سنة، على اعتبار أن السنة الضوئية هي السرعة القصوى المكتشفة إلى يومنا هذا.


بماذا ارتبطت السنة الضوئية
ارتبطت السنة الضوئية بنسبية آينشتاين، حيث تستخدم سرعة الضوء كثابت في قوانين النسبية التي تم التوصل إليها من قبل العالم ألبرت آينشتاين، ويرمز لها بالحرف C، ومن هنا فإن من أبرز الفرضيات التي تضمنتها النسبية الخاصة هما مسألتي تباطؤ الزمن وتقلص الأطوال، ويمكن إثبات ذلك باستعمال علاقات النسبية الخاصة التي تعتمد على الثابت C وهو سرعة الضوء. أحدثت نسبية آينشتاين ثورة في علم الفيزياء، حيث إنّ هذه النظرية أعادت النظر في الفيزياء الكلاسيكية وفي مفهوم الحركة عند العالم إسحاق نيوتن، حيث افترضت هذه النظرية أن كل أنواع الحركات في العالم هي نسبية، كما أحدثت ثورة في مفاهيم الوقت والزمان والمكان فقد وحدت النسبية كلاً من الزمان والمكان.

تطبيقات الانتشار المستقيمي للضوء



جميعنا نعلم ان الضوء يسير بخطوط مستقيمه وبسرعه ثابته وتم اجراء العديد من التطبيقات على الضوء فهو يمكننا من رؤيه مايحيط بنا واليكم تطبيقات عليه: الإنتشار المستقيمي للضوء عادة، لا يمكننا رؤية الأشعة الضوئية عندما تنتشر في الهواء أو الماء ... ومع ذلك ، ففي بعض الحالات يمكن مشاهدة الأشعة إذا كان الوسط الذي تخترقه يحتوي على دقائق تشتت الضوء ، مثل الغبار والدخان والضباب ... هذه المشاهدات وغيرها تبين أن الضوء ينتشر وفق خطوط مستقيمية، ويمكننا التأكد من ذلك عن طريق التجربة التالية: تجربة: - في مسار حزمة ضوئية نضع قطعتين من الورق المقوى لهما نفس الأبعاد تحتوي كل واحدة منهما على ثقب في نفس الموضع.. - نضع شاشة بعد قطعتي الورق المقوى كما هو موضح في الشكل.. - عندما يكون الثقبان والمنبع الضوئي على نفس الاستقامة، تظهر بقعة الضوء على الشاشة ... - لا تصل الضوء إلى الشاشة إذا أزحنا إحدى القطعتين من مكانها ... استنتاج : هذا دليل على أن الضوء ينتشر وفق خطوط مستقيمية .. نتيجة لذلك اختار الفيزيائيون تمثيل شعاع ضوئي بنصف مستقيم يحمل سهما يدل على منحى انتشار الضوء.. الحزمة الضوئية نسمي مجموع الأشعة المنبعثة من مصباح يدوي مثلا بالحزمة الضوئية مبدأ الانتشار المستقيمي للضوء: ينتشر الضوء في وسط شفاف ومتجانس وفق خطوط مستقيمية.. الضوء والظلال: حالة منبع ضوئي نقطي: - نضيء شاشة بواسطة منبع ضوئي صغير يمكن اعتباره نقطيا.. - نضع جسما كرويا بين المنبع والشاشة.. - نسمي الجزء المظلم من الكرة بالظل الخاص.. - المنطقة من الشاشة التي لا يصل إليها الضوء تسمى بمنطقة الظل المحمول.. - نسمي الجزء من الفضاء بين الكرة والشاشة الذي لا يمر به أي شعاع ضوئي بمخروط الظل .. حالة منبع ضوئي غير نقطي: نعوض المنبع السابق بآخر أكبر منه.. - نلاحظ أن حافة الظل المحمول أصبحت مضببة ، بحيت نمر بالتدريج من منطقة الظل الكامل إلى منطقة الإضاءة الكاملة.. - نسمي المنطقة بين الظل الكامل والاضاءة الكاملة بمنطقة شبه الظل، و هذه المنطقة تتلقى جزءا من أشعة المنبع الضوئي..

سرعة الضوء في الماء



الضوء هو أحد الأشياء التي أعيت عقول العلماء، نظراً للإعجاز المتمثل في خلقه وتكونيه، إضافة إلى خصائصه التي ميزه الله تعالى بها، فبه تتم الرؤيا، وارتبط الضوء ارتباطاً وثيقاً بالنظرية النسبية لآينشتاين ، حيث أن النسبية قدمت الضوء على انه أقصى سرعة يمكن بها لأشكال الطاقة جميعها ان تنتقل من مكان لآخر.


يعبر الثابت C عن سرعة الضوء في الفراغ والتي تصل إلى 300000 كم في الثانية، أي ما يعادل 300000000 متراً في الثانية الواحدة، و هذا الثابت نفسه وجد في معادلة تكافؤ الطاقة وهو نفسه أيضاً الذي يربط بين الزمان والمكان في النسبية الخاصة، و أيضاً يستطيع الضوء أن يمر و يعبر من خلال المواد الشفافة كالزجاج و الماء وغيرها، و ناتج قسمة سرة الضوء الثابتة على سرعته في المواد الأخرى يعطي ما يعرف بمعامل الانكسار، فسرعة الضوء في الزجاج تبلغ حوالي 200000 كم في الثانية الواحدة أي ما يعادل 200000000 متراً في الثانية الواحدة ، في حين تبلغ سرعة الضوء في الماء حوال 75% من سرعته في الفراغ أي ما يعادل تقريباً حوالي 225000 كم في الثانية و ما يعادل 2250000 متراً في الثانية الواحدة.


أرقام و حقائق تتعلق بسرعة الضوء

تبلغ سرعة الضوء حوالي 1080 كيلو متراً الساعة الواحدة، في حين تبلغ سرعته 670 مليون ميل لكل ساعة تقريباً، أما بالنسبة للمسافات التي يستطيع الضوء أن يعبرها، فيعبر القدم الواحد في النانو ثانية و النانو ثانية هي عبارة عن 10^-9 من الثانية الواحدة، بعبارة أخرى فإنه يعبر القدم الواحد في جزء واحد من مليار جزء من الثانية الواحدة، أما المتر فيعبره في 3 نانو ثانية، في حين يحتاج من القمر إلى الأرض إلى رحلة قد تصل إلى حوالي الثانية الواحدة أو أكثر قليلاً، و ليدور الضوء حول الخط الاستواء على الأرض فهو بحاجة إلى حوالي 135 ميللي ثانية أي 0.135 ثانية، وبالنسبة لرحلته من الشمس إلى الأرض فهي تستغرق حوالي 8 دقائق، في حين يحتاج إلى حوالي أربع سنوات ليصل من أقرب نجم من الشمس، و يحتاج الضوء كي يصل من مجرة تعد الأقرب علينا حوالي خمسة و عشرون ألف سنة، أما ليصول و يجول في مجرة درب التبانة و يقطعها كاملة فهو بحاجة إلى مئة ألف سنة.


فسبحان الله العظيم خالق هذا الكون ومدبر أمره.....

كيف تم قياس سرعة الضوء



نبذة عن سرعة الضوء
في الفيزياء تعتبر سرعة الضوء خلال الفراغ من الثوابت الفيزيائية العالمية التي يتمّ توظيفها في العديد من المجالات الهامّة والحساسة، حيث تقدر قيمة هذا الثابت بحوالي ثلاثمئة ألف كيلو متر تقريباً يقطعها في زمن مقداره ثانية واحدة فقط، وهي ما تعادل مليار كيلو متر خلال الساعة الواحدة.


وفقاً لمبادئ النظرية النسبية فإنّ سرعة الضوء تعتبر السرعة القصوى التي يمكن لأشكال الطاقة، أو المعلومات، أو المادة أن تسافر بها في الفضاء، وهي أيضاً السرعة التي تسافر بها الجسيمات عديمة الكتلة ومجالاتها عبر الفراغ، ويرمز لسرعة الضوء بالرمز C، أمّا الضوء فينتقل في المواد الشفافة كالهواء والزجاج بسرعة تقل عن الثابت C، ومن هنا فإنّ النسبة بين C، وبين سرعة الضوء في أي مادة هي التي تدعى باسم قرينة الانكسار، ومنه فإنّ حاصل قسمة الثابت C على قرينة الانكسار يعطينا سرعة الضوء في أي مادة، ولكن يبقى السؤال: كيف استطاع العلماء التوصل إلى مقدار سرعة الضوء؟


قياس سرعة الضوء
تاريخياً، مرّت عملية قياس سرعة الضوء بمراحل عديدة، فلطالما شكلت هذه القيمة هاجساً كبيراً لدى العلماء، ومن هنا قام العالم جاليليو بعمل تجربة لقياس سرعة الضوء، وقد عاونه في ذلك معاونان في ذلك، إذ قام بإيقافهما على هضبتين تبعدان عن بعضهما بمسافة كيلو متر واحد، وقد أعطى كل واحد منهما مصباحاً يغطيه كل واحد منهما بيده، وعندما يأخذان الإشارة من جاليليو يرفع الأول يده عن المصباح، وبمجرد أن يلمح زميله على الهضبة الأخرى الضوء يقوم برفع يده عن مصباحه، وسرعة الضوء تحتسب من خلال حساب الزمن بين رفع كل مساعد من المساعدين يده وبأخذ كافة العوامل الأخرى بعين الاعتبار ينتج سرعة الضوء، وبعد أن قام بهذه التجربة وجد جاليليو من ذلك أنّ الزمن الذي احتاجه الضوء ليقطع المسافة هو صفر أي أن سرعة الزمن لا نهائية، وقد تكررت التجربة على مسافات أبعد فكانت التجربة تعطي النتيجة نفسها.


بعد ذلك قام العلماء بالعديد من التجارب وكانت بعضها تقترب من القيمة الحقيقة، وبعضها تبتعد، ولعل من التجارب الأبرز في هذا المجال ما قام به العالم جيمس برادلي لقياس الضوء عن طريق الظاهرة التي تعرف باسم زيغ الضوء، وفي نهايات القرن التاسع عشر تقريباً استطاع ميكلسون ومورلي من اكتشاف سرعة الضوء من خلال اختراع جهاز دقيق للغاية، وقد قاس هذا الجهاز سرعة الضوء بالشكل الأمثل، ولكن المحاولات لم تنته فقد استمرت عمليات قياس سرعة الضوء إلى أن وصلنا إلى قيمة أدق من قيمة ميكلسون ومورلي، ولكن القيمة التي استنتجها هذان العالمان هي أول قيمة قريبة جداً إلى القيمة الحقيقية، وبنسبة خطأ ضئيلة جدّاً أيضاً، ويذكر أنّ القيمة التي توصل إليها هذان العالمان هي 299.796 كيلو متر في الثانية، في حين تمّ التوصل إلى قيمة جديدة في العام ألف وتسعمئة وثلاثة وثمانين وهي 299.792.458 كيلو متراً في الثانية.

من هو مكتشف سرعة الضوء



الضوء هو عبارة عن موجات كهرومغناطيسيّة، وطاقة مشعّة تراها العين المجرّدة، وينتشر عبر الأثير والفراغ والماء والزجاج، وتعدّ سرعته بأنّها أكبر سرعة معروفة حتى الآن، وهناك من العلماء البارزين مثل آينشتاين من قطع باستحالة وجود سرعة تضاهي الضوء أو تفوقه، ولكن هناك فريق واسع من العلماء يؤكّد بأنّه من الاستحالة الإتيان بسرعة تضاهي الضوء أو تفوقه، إنّما هي حالةٌ أنيّةٌ ومؤقّتة، والتقدّم العلمي حسب علماء آخرين سيفرز وسيتوصّل في يوم ما في المستقبل القريب أو البعيد إلى سرعات توازيه؛ بل وستفوقه بأضعاف مضاعفة، ويؤكّدون بأنّ المسألة ما هي إلّا مسألة وقت لا أكثر أو أقل، أمّا فيما يتعلّق بسرعة الضوء التي تمّ قياسها بدقة متناهية، فما جاءت هذه القياسات الدقيقة إلّا حتّى وقتٍ متأخّر من تاريخنا الحديث، وتحديداً في عام ألفٍ وتسعمائة وخمسة ميلاديّة على يد العالم الفيزيائي الأشهر ألبرت أينشتاين.


لقد كان العلماء العرب في القرن السادس الهجري أوّل من أكّد على أنّ سرعة الضوء أكبر بكثير من سرعة الصوت، ثمّ جاء العالم أولي رومر في عام ألف وستمائة وستة وسبعين ميلاديّة ليؤكّد ويبرهن بأنّ الضوء يسير بسرعة ثابتة لا تتغيّر، ولكنّه عجز على أن يضع قياساً دقيقاُ لهذه السرعة، حتّى جاء ألبرت أينشتاين ليضع معادلته المشهورة في النسبيّة، والّتي حسبت بدقّةٍ متناهيةٍ سرعة الضوء الحقيقية.


ومع الاكتشافات الهائلة فيما يخصّ علوم الفضاء، فقد اكتشف العلماء مجرّاتٍ تبعد عنّا مسافات فلكيّة لا تستطيع الحسابات العادية أن تحتويها أو أن تصفها بالأرقام والمقاييس التقليدية، فأصبحوا يطلقون كمّا ومقياساً جديدين لوصف واحتساب المسافات البعيدة جداً، وكانت وحدة القياس الجديدة هذه هي المسافة التي يقطعها الضوء في زمنٍ ما، ومن المعلوم لنا حاليّاً بأنّ سرعة الضوء تبلغ ثلاثمائة ألف كيلو متر في الثانية، فأصبحوا يشيرون على سبيل المثال إلى كوكبٍ ما في الفضاء البعيد بقولهم إنّه يبعد عنّا مسافة خمسين سنة ضوئية، وهم يقصدون بذلك أنّه يبعد عنّا مسافةً يلزم الضوء مدّة خمسين عام لكي يقطعها ويصل إليها.


والشّمس التي ندور حولها تعتبر قريبة جدا منّا نسبيّاً؛ حيث إنّها لا تبعد عنّا سوى ثماني دقائق ضوئيّة، بما معناه أنّ الضوء يلزمه مدّة ثماني دقائق ليقطع المسافة من الشّمس إلى كوكب الأرض، وإذا ما علمنا بأنّ هناك أمكنة في الفضاء تبعد عنّا ملايين السنوات الضوئيّة، أصبحنا نتفهّم ذلك الفريق من العلماء الّذين يؤكّدون بأننا في زمنٍ قادم ما سوف نسير بسرعات تفوق سرعة الضوء آلاف المرّات، حتّى يتسنّى لنا الوصول إلى تلك الأجرام المتناهية في البعد عنا، "ربّنا ما خلقت هذا عبثا"، صدق الله العظيم.

بحث عن سرعة الضوء



تاريخ علم الضوء
في الماضي كان الإنسان يظن أنّ الضوء ينتقل لحظيّاً، وهذا عائد إلى سرعة انتقال الضوء وعدم قدرة الإنسان في الماضي على قياس تلك السرعة الكبيرة، حتى جاء العالم أوول رومر سنة 1676م وقال أنّ للضوء سرعة تحدّد بواسطة دراسة الحركة الظاهريّة لقمر من أقمار المشتري وهو أيو، وفي العام 1865م، وقدّم ماكسويل اقتراحاً باحتساب الضوء كموجة كهرومغناطيسية، وبالعام 1905م جاء ألبيرت آينشتاين ليفترض استقلال سرعة الضوء عن تأثير حركة المصدر، وأثبت فرضيّته، واكتشف أيضاً العواقب كلها التي تتعلّق باشتقاقه لنظريته النسبيّة، وبها أوضح أنّ الثابت c هو ثابت طبيعيّ، ولا ينحصر فقط في سياق الضوء والظواهر الكهرومغناطيسيّة، وبعد قرون من القياسات وبالعام 1975م وصل العلم لحساب سرعة الضوء بدقة، وكان الناتج بنسبة خطأ عالي وهو 4 أجزاء بالمليون، 299,792,458 م/ث.


سرعة الضوء
تعتبر سرعة الضوء عند مروره في الفراغ ثابتاً فيزيائياً عالميّاً، وهو ثابت مهمّ في الكثير من المجالات الفيزياء، ويرمز لثابت سرعة الضوء بالرمز c وهو يساوي بالضبط 299,792,458 متراً لكلّ ثانية، وهذا الرقم دقيق جدّاً لأنّ طول المتر الواحد يُعَرَّف الآن وفقاً لقيمة هذا الثابت وللمعيار الدولي للوقت، ويمكن تقريب هذا الرقم لثلاث منازل ليكون ثابت الضوء تقريباً 300,000 كيلو متر في الثانية أو عند تحويل الوحدات هو مليار كيلو متر لكلّ ساعة.


من المعروف أنّ سرعة الضوء أو الثابت (c) هي أعلى سرعة يمكن بها السفر لكلّ أشكال الطاقة أو المادّة أو حتى المعلومات القادمة من الفضاء، وهي أيضاً سرعة انتقال أو سفر الجسيمات عديمة الكتلة كالإشعاعات الكهرومغناطيسيّة كالضوء؛ ومجالاتها المتلازمة عبر الفراغ، وتسافر الجسيمات والأمواج بسرعة الضوء (c) مهما كانت سرعة المصدر، وذُكِر ثابت سرعة الضوء في نظرية النسبية، فكان الثابت c يرابط بين المكان والزمان، ويظهر الثابت أيضاً في المعادلة الشهيرة لتكافؤ المادة والطاقة E = mc2.


من خصائص الضوء أنّه ينتشر في المواد الشفافة كالزجاج أو الهواء، لكن الثابت الذي ذكرناه من قبل هو ثابت سرعة الضوء في الفراغ، أمّا الزجاج أو الماء أو الهواء فهي أوساط أكثر كثافة فينتقل الضوء فيها بسرعة أقلّ من الثابت c، وتحسب سرعة الضوء في المواد المختلف بحساب النسبة بين الثابت (c) وبين سرعة الضوء في مادة مختلفة v بالانكسار n للمادة والمعادلة هي (n=c/v).


للتوضيح هذا مثال، يساوي قرين انكسار الضوء المار في الزجاج تقريباً 1.5، وهذا يعني هذا أنّ الضوء يسير في الزجاج بسرعة v= c /1.5 لتكون النتيجة ≈ 200,000 كيلومتر/ ثانية، وعند تكرار النظرية على الهواء ينتج القرين للانكسار 1.0003، وهذا يعني أن ثابت سرعة الضوء المرئي يقل عند انتقال الضوء في الهواء بحوالي 90 كم / ث عن الثابت في الفراغ c.

كم هي سرعة الضوء



مقدار سرعة الضوء
سرعة الضوء هي أكبر سرعة تعبرها الطاقة والجسيمات عديمة الكتلة عبر الفراغ، وتقاس سرعة الضوء بأخذ النسبة بين المسافة التي يقطعها الضوء في كل ثانية، وتبلغ سرعة الضوء بشكل دقيق 299.762.458 متر لكل ثانية، أي ما يعادل بعد التقريب 3 مليار متر في الثانية الواحدة.


تأثير الوسط على سرعة الضوء
ينتقل الضوء من خلال الأجسام الشفافة بسرعة أقل من سرعة انتقاله عبر الفراغ، ويعود سبب ذلك إلى ما يعرف بقرنية انكسار الضوء المرئي حيث تنكسر الأشعة الضوئية خلال مرورها في الأجسام الشفافة، مثل: الزجاج مسببةً بطئاً في سرعتها بمعدل 90 كيلو متر لكل ثانية. أماّ مرور الضوء من خلال الماء النقي يخفض من سرعته بنسبة 75%، إلّا أنّ الضوء يعود إلى سرعته الطبيعية بعد خروجه من الماء.

دراسات جديدة على سرعة الضوء
قام العلماء بقياس سرعة الضوء من خلال تجميد الأشعة الضوئية بتمرير نبضات ضوئية عبر سحب غازات تقارب حرارتها الصفر المؤوي، وتقوم الغازات المجمدة بالمحافظة على النبضات الضوئية ممّا سهل من عملية قياس الضوء، وبناءً على ما سبق نجد أنّ سرعة الضوء تتباطأ عندما تمّر بوسط ذي درجة حرارة منخفضة، وتتسارع عندما تمرّ بوسط ذي حرارة مرتفعة وتزداد سرعتها كلّما ارتفعت درجة حرارة الوسط.


قام علماء اسكتلنديين بتقليل سرعة الضوء في الفراغ عن سرعته الطبيعية، فقاموا بتغيير شكلها بهدف التقليل من سرعتها وذلك عن طريق تغيير في شكل وحركة الفوتونات الضوئية والتي تعتبر المكون الأساسي للضوء، وفي سباق زمني بين الفوتونات الضوئية الأصلية والفوتونات الضوئية المعدلة في الفراغ وجدوا أن الفوتونات الضوئية المعدلة أصبحت سرعتها أقل من الطبيعي.


تعتبر سرعة الضوء سرعة مطلقة، بمعنى أنها لا تتغير بتغير سرعة من أطلقها أو تجاهه، فإذا كنت تسير بسيارة بسرعة 120 كم للساعة وأطلقت الضوء الأمامي أو الخلفي للسيارة فإنّ هذا لا يعني منح الضوء السرعة التي تسير بها السيارة إضافةً إلى سرعته، وذلك بسبب ثبات سرعة الضوء بغض النظر عن سرعة المصدر التي أطلقت منه، لكن أثبتت البحوث التي أجريت في الفضاء الخارجي أنّه من الإمكان زيادة سرعة الضوء في الفضاء، والذي يساعد في ذلك انعدام الجاذبية الأرضية والاختلاف في تقدير الوقت (الثانية) والمسافة (المتر) ضمن ظروف معينة في الفضاء، وإذا ما تم تعريض الضوء لهذه الظروف فإنه من الممكن أن تصل سرعته إلى 700 ألف كلم لكل ثانية.

كيف ينتقل الضوء



الضوء
الضوء: هو شعاع ينتقل بسرعة، من مكان إلى مكان، وتتعدّد مصادره، وأهمّها أشعة الشّمس، فهي المصدر الطبيعي له.


تعد معرفة طرق الإضاءة، من أهمّ الاختراعات، والإنجازات البشريّة، والتي ساعدت على ظهور نقلة نوعيّة، في كافّة أنحاء الكرة الأرضيّة، فاستخدم النّاس قديماً النار للإضاءة، ولكنّها لم تكن كافية بشكل كليّ، إلى أن اختُرعت وسائل أخرى تعتمد عليها، ولكنّها أكثر كفاءة، فاختُرعت الشموع، التي تستطيع إضاءة غرفة كاملة، وبعد ذلك اختُرعت القناديل ( الفوانيس )، التي اعتمدت على مشتقّات الوقود، وفتيل من النار وساهمت في جعل الضوء ينتشر بشكل أوسع، وظلّت هذه الوسائل تُستخدم في الإضاءة، حتى عُرفت الكهرباء التي غيّرت الكثير من الأمور القديمة التي عرفها البشر.


المصابيح
المصابيح الحديثة اختراعٌ أضاف الكثير من التطوّر إلى الإضاءة في جميع المجالات، وساهم اختراع المصباح على يد العالم والمخترع توماس إديسون في حدوث تطوّر مهمّ في مجال الضوء، وساهم وجود التيار الكهربائيّ في جعل المصابيح تستمرّ بالإنارة دون توقّف؛ لتساهم في إضافة شيء مفيد إلى التاريخ البشريّ.


كيف ينتقل الضوء
حتى ينتقل الضوء من نقطة إلى نقطة يسير بخط مستقيم، فيُعدّ من الإشعاعات التي تنتقل بشكل ثابت، طالما لم توجد أيّ عوائق تؤثر في مساره، وتؤدّي إلى انعكاسه عن اتّجاهه، والمثال الآتي تجربة لمعرفة كيفيّة انتقال الضّوء: نلفّ ورقة مقوّاة على شكل أنبوب، وباستخدام مصباح صغير، نمرّر الضوء من أحد جوانب الورقة الملفوفة، والتي تُظهر أنّ الضّوء قد انتقل بخط مستقيم، من الجهة الأولى إلى الجهة الثانية. ونكرّر التجربة، بوضع مرآة صغيرة مقابل الجهة الثانية، ونلاحظ انعكاس الضّوء بعد وصوله إلى سطح المرآة.


صفات الضوء
يتّصف الضّوء بالعديد من الصفات الخاصّة به، ومنها:

تكوين الظلال: عند وقوع الضّوء على أحد الأجسام، يؤدّي إلى تشكيل شكل مطابق لذلك الجسم، ويظهر خلفه، ومن المهمّ أن يكون جسماً ساكناً، وثابت الحركة، ويُسمّى الشكل أو الرسم الذي يحدث نتيجة وقوع الضوء على الجسم ( الظل )، وكلّ شيء له ظلّ، سواء أكان من الكائنات الحيّة، أم الجمادات، ويُعدّ وجود الظلّ دليلاً على سير الضّوء بخطوط مستقيمة، عند سقوطه على الجسم.
النفاذ عبر الأجسام: يستطيع الضوء النفاذ عبر الأجسام الشفافة، ولكنّه لا يستطيع النفاذ عبر الأجسام المُعتمة، وذلك لأنّ جزيئات الأجسام الشفّافة متباعدة عن بعضها البعض، مثل: الزّجاج المستخدم في النوافذ، والذي ينفذ ضوء الشمس منه بسهولة، أمّا الأجسام المُعتمة تكون جزيئاتها قريبة من بعضها، فهي تُعيق حركة مرور الضوء من خلالها، وهذا يؤدّي إلى استحالة نفاذه.

تعريف انعكاس الضوء


ما هو الضوء
الضوء هو عامل من عوامل الحياة الأساسية على سطح الارض، فهو العامل الأساسي الذي تعتمد عليه النباتات في عملية البناء الضوئي ، التي هي مصدر مهم لغذاء الإنسان ، و الضوء هو الذي يجعلنا نرى الأجسام و الأشياء حولنا بألوانها ، فلولا الضوء لكانت الحياة معدومة على وجه الأرض.

خصائص الضوء
و للضوء العديد من الخصائص منها قدرته على الإنعكاس و الإنكسار ، في هذا المقال سنتطرق للحديث عن خاصية الإنعكاس للضوء فقط ، لكن في البداية ما هو الإنعكاس ؟

إنعكاس الضوء
الإنعكاس عادة يحصل للأمواج سواء أكانت صوتية أو راديوية أو ضوئية ، و هو عبارة عن اإرتداد الموجات بزاوية معينة ( تسمى زاوية الإنعكاس ) عن سطح معين . أما بالنسبة لإنعكاس الضوء فهو عبارة عن تغير إتجاه مقدمة الموجة الضوئية عند إصطدامها بسطح عاكس بحيث تسقط الموجة الضوئية على السطح العاكس بزاوية معينة ( زاوية السقوط ) و من ثم ترتد عنه بزاوية (زاوية الانعكاس ) ، و لكن يجب التنويه هنا ان زاوية السقوط و زاوية الانعكاس يجب ان تكونا متساويتان (و ذلك حسب قانون الانعكاس ) .


كيفية قياس زوايا الإنعكاس
و يمكننا قياس زاويتي السقوط و الانعكاس من خلال وضع عمود بزاوية قائمة على السطح العاكس بحيث يفصل بين الشعاع الساقط و الشعاع المنعكس ، و يتم قياس زاوية السقوط بين الشعاع الساقط و العمود ، و كذلك الأمر بالنسبة لزاوية الإنعكاس ، فإننا نقوم بقياسها بين الشعاع المنعكس و العمود القائم .


أهمية إنعكاس الضوء
وإنعكاس الضوء هو أمر ضروري ، فهو الذي يجعل العين ترى الأجسام من حولها ، فإذا كان مصدر الأشعة الضوئية صادراً من الهواء و كان الوسط وراء السطح الفاصل شفاف ؛ فإن الأشعة المرتدة للعين تبدو للشخص الناظر كأنها صادرة من ذلك الوسط الشفاف ، فيرى صورة الاشياء و كأنها داخل ذلك الوسط ، و من الأمثلة على ذلك رؤية الشخص لنفسه في المرآة ، و رؤية جبل أو بحيرة قريبة ، و كلما كانت مصقولية السطح العاكس أكثر كلما كانت الصورة المتكونة للناظر أكثر وضوحاً.


عادة عندما يسقط الضوء من مسافات كبيرة ، فإنه يكون عرضة للتعرجات ، و بالتالي تبدو للناظر أن الأشعة لا تنعكس بشكل متوازي، ولكن في الحقيقة زاوية السقوط تساوي زاوية الإنعكاس ، حيث أنه في المناطق المتعرجة تتغير زاوية السقوط مما يؤدي إلى تغير زاوية الإنعكاس فتبدو الأشعة كلية غير متوازية. كما أن الضوء ينعكس عن جميع الأجسام سواء أكانت شفافة أو معتمة ، لكن الصور لا تتكون إلا داخل الأوساط الشفافة فقط و ذلك لأن اللون الأبيض في الأجسام الشفافة هو الذي يساعدها على عكس الضوء بشكل كبير ، لأنه أكثر الألوان التي تعمل على عكس الضوء.

تحليل الضوء الأبيض



تحليل الضوء الأبيض


إن لون الضوء الأبيض الذي نراه هو في الحقيقة ليس كذلك ، وإنما يحتوي على عدة ألوان ولكن عيننا البسيطة المجردة لا تستطيع رؤيتها ، ولكن عند إستخدام وسائط معينة فإننا سنتمكن من تحليل هذا الضوء ورؤية مكوناته وألوانه الحقيقية على أرض الواقع .


نجد أن هناك طريقتان مستخدمتان في الوقت الحاضر لتحليل الضوء هما :

أولاً – طريقة التحليل التكميلي

ثانياً – طريقة التحليل الطرحي


سوف نقوم في الطريقة والحالة الأولى بالقيام بخلط الأضواء الملونة النابعة من مصادرها الأولية والتي تعمل وتقوم هي نفسها بنشر هذا الضوء كما نراه في المصابيح المختلفة وفي شاشات التلفزيون الملونة وغيرها من الوسائط ، ونجد أنفسنا هنا أننا نقوم بعملية التحليل التكميلي لألوان الضوء وذلك بقيامنا بإسقاط الأضواء الملونة على أي سطح أبيض وذلك ليتمكن من القيام بعكس الضوء الساقط عليه كلياً ، وسنجد أن هذا السطح سيعكس لوناً خليطاً من الأضواء الملونة.


وفي الطريقة والحالة الثانية سوف نقوم بعملية خلط الألوان الصادرة والنابعة من مصادر ثانويةٍ مثل الأجسام أو تلك المواد التي لا تقوم هي بحد ذاتها بنشر الضوء وإنما تقوم هنا بعملية التحليل الطرحي لألوان تلك المواد شريطة أن تكون لديها القدرة الجيدة على خلط هذه الألوان بشكل جيد ، و يستخدم هنا عادة الألوان اللبدية.


وسبب هذه الألوان يرجع لكون هذه المواد توجد صبغات بها، تعمل وتقوم على إمتصاص جزء من هذا الضوء الساقط عليها، ثم نجدها بعد ذلك تقوم بعكس ضوء له نفس ألوان الطيف ولكن معدلة مما يعمل على إعطاء لون ما للمادة، و للتسهيل سوف نقوم بتقسيم ألوان الطيف للضوء الأبيض إلى ثلاثة أقسام أخرى مناظرة للون الأحمر واللون الأخضر واللون الأزرق .


ونجد أن جميع الدراسات التي قامت حول تكوين شبكية العين قد أظهرت هذا التقسيم لألوان الطيف إلى ثلاثة أقسام.


أولا ً– قسم التحليل التكميلي حيث يمكن تحليل أغلب "ألوان الضوء" وبالأخص منها اللون الأبيض وذلك بإضافة ثلاثة أضواء ملونة تسمى الألوان الأولية ، شريطة أن يكون من الإستحالة القيام بتحليل أي لون منها عن طريق إضافة أحد اللونين الآخرين. وهذه الألوان هي اللون الأحمر واللون الأخضر وكذلك اللون الأزرق والتي بعد أن نقوم بخلطها معا نحصل على اللون الأبيض.

ويمكن تمثيل هذا أيضا بالطريقة التالية: تتميز الألوان الثلاث الأولية بأطوال موجية تعادل ثلث ألوان الطيف للضوء الأبيض. ونلاحظ أن هذه الطريقة تستخدم في شاشات التلفزيون.


ثانياً – وهي طريقة وأسلوب التحليل الطرحي ويمكننا كذلك تحليل الألوان المختلفة بعد القيام بطرح جزء كبير إلى حد ما من كل الإشعاعات المضيئة للضوء الأبيض ، و من هنا جاءت تسميته هنا بالتحليل الطرحي، فتستطيع المادة بفضل تلك الصبغات المتواجدة فيها من القيام بعملية طرح جزء من هذه الإشعاعات الضوئية الساقطة عليها. ويمكننا أن نختار ذلك الجزء الذي سيتم إمتصاصه بعد ذلك من ألوان الطيف وذلك بواسطة خلط المواد المناسبة والذي بدوره سوف يؤدي إلى خلق وإيجاد لون جديد سيكون مناظراً للضوء الحقيقي المنعكس بعد عمليات الطرح تلك ، وعوضاً عن القيام في دراسة دور تلك الصبغات مباشرةً فسوف نقوم بدل ذلك بنمذجتها وذلك بواسطة المرشحات، حيث سيقوم المرشح ذو اللون" س " بإمتصاص جميع ألوان الضوء جميعاً ما عدا اللون الخاص به، فإنه سوف يسمح بنفاذه فقط فنحصل على إثر ذلك على الألوان التي يطلق عليها إسم ألوان المادة؛ فإن من الملاحظ أن ألوان الطيف للضوء الأبيض والساقط على مرشح أصفر مثلاً لا تحتوى على الإشعاعات الصفراء .