ما هو الضوء الفيزيائي؟

ما هو الضوء الفيزيائي؟ لقد اهتم العلماء والباحثون بدراسة الضوء لعدة قرون لما له من أهمية كبيرة، وسنتحدث في هذا المقال عن الضوء الفيزيائي ومصادره وسرعته وخصائصه المختلفة وكذلك موجاته. وطبيعة الجسيمات.

حول الضوء المادي

يركز الضوء الفيزيائي على دراسة الضوء وطبيعته وخصائصه الفيزيائية، وكذلك النظريات المختلفة التي طورها العلماء، ويعتبر الضوء من أولى الظواهر الطبيعية التي جذبت انتباه العلماء والباحثين.
الضوء نوع من الطاقة هو مزيج من الموجات الكهربائية والمغناطيسية، وهو عبارة عن موجات كهرومغناطيسية ذات أطوال موجية مختلفة لأنها تشمل جميع الأطوال الموجية.
لها العديد من الخصائص، وتهتم الفيزياء بدراستها وتفسيرها، ومن هذه الخصائص التداخل، والحيود، والانتشار، والتشتت، والانعكاس والتشتت، والتأثير الكهروضوئي، والاستقطاب.

شاهد أيضاً: التطورات العلمية في سرعة الضوء وكيفية قياسها

مصادر الاضاءة

مصادره عديدة، ولعل أشهرها المصادر الحرارية، وهي أي جسم يصدر درجة حرارة معينة وينبعث منها نفس خصائص الطيف الضوئي، ومن أهم مصادر الحرارة الشمس.
يظهر هذا الإشعاع من الشمس عند درجة حرارة حوالي 6000 درجة جلفانية، ومن مصادر الحرارة وكذلك من المصابيح المتوهجة.
هناك مصادر ضوئية كيميائية، وهي إشعاعات ناتجة عن مواد كيميائية، وهناك تلألؤ بيولوجي يحدث في الكائنات الحية مثل اليراعات التي تولد الطاقة بهذه الطريقة.
هناك أيضًا آليات الإضاءة الحيوية والصوتية والكهربائية والاحتكاكية، بالإضافة إلى انبعاث الفلاش و Charenkov، وكلها تعمل على إنتاج الضوء.

سرعة الضوء

تبلغ سرعة الضوء في الفراغ 3 * 10 أس ثمانية أمتار في الثانية، وهي سرعة ثابتة، وعلى الرغم من اختلاف أطوال موجات الضوء إلا أنها تتطابق في السرعة.
يُشار إلى سرعة الضوء في الفراغ بالحرف c، والذي يتم تحديده من العلاقة c = λ، بينما يتم الإشارة إلى سرعة الضوء في الوسائط الأخرى غير الفراغ بالحرف v، وسرعة الضوء فيه أقل من سرعته في الفضاء.
هذا متعلق بالاختلاف في مؤشرات الانكسار للوسط n، حيث n = c / v، وبما أن c دائمًا أكبر من v، فإن معامل الانكسار للوسط يكون دائمًا أكبر من n> 1.

طبيعة موجة الضوء

يتكون الضوء من عدة موجات كهرومغناطيسية تختلف عن الأنواع المعروفة للموجات مثل موجات الماء، وللموجات الضوئية العديد من الخصائص.
هذا نموذجي للأطوال الموجية مثل الطول الموجي λ، وهو المسافة بين قمتين في نمط الموجة، والتردد f، والذي يمكن تعريفه على أنه عدد الدورات التي تحدث لكل وحدة زمنية.
سعة الموجة هي أقصى مسافة بين القمة وعكسها أعلى وأسفل خط نموذج الموجة، والفترة T هي الوقت المستغرق لإكمال دورة كاملة.

الضوء كجسيم

في عام 1905، اقترح العالم ألبرت أينشتاين نموذجًا يتصرف فيه الضوء كجسيم، وأطلق على هذه الجسيمات فوتونات.
حيث اقترح أن الضوء القادم من مصدر مثل المصباح، على سبيل المثال، يكون في شكل شعاع يتكون من عدد كبير من الفوتونات التي تسير في خط مستقيم.
وفقًا لما ورد أعلاه حول طبيعة الضوء كموجة أو جسيم، يمكن تحديد أن الضوء هو توأم بين الاثنين، حيث يتصرف كموجة في بعض الظروف وكجسيم في ظل ظروف أخرى.

خصائص الضوء

1- الحيود والانتشار

يسمى انتشار الضوء في خط مستقيم الانعراج، وهذا الانعراج يرجع إلى حقيقة أن الضوء يتصرف مثل الموجة.
تستخدم خاصية الانعراج لدراسة ألوان شعاع الضوء، وهي مفيدة في تصميم التلسكوبات المستخدمة في استكشاف الفضاء، والتي تساعد في التعرف على المواد التي تتكون منها النجوم.

2- انعكاس الضوء

يمكن تعريف انعكاس الضوء على أنه ارتداد أشعة الضوء عندما تتلامس مع سطح، حيث ينعكس جزء من شعاع الضوء ويتم امتصاص جزء آخر، ويمر جزء من خلال تشكيل ظاهرة الانكسار.
عندما يصطدم شعاع بسطح عاكس بزاوية وقوع معينة غير متعامدة عليه، فإنه ينعكس بزاوية تساوي زاوية السقوط، وتقاس الزاوية على طول خط عمودي على السطح.
يتم حساب شدة الحزمة المنعكسة عن طريق قانون المقارنة بين مؤشرات الانكسار لكل من الوسائط، ولظاهرة الانعكاس العديد من المزايا، ومن تطبيقات الانعكاس الكلي تصنيع المنشور الثلاثي.
وأيضًا إنتاج الألياف الضوئية التي تستخدم في مجالات الاتصال مثل الإنترنت، حيث تعمل على نقل المعلومات بسرعة كبيرة، وتستخدم أيضًا في المجال الطبي.

3- انكسار الضوء

يمكن تعريف ظاهرة انكسار الضوء على أنها تغير في مسار شعاع الضوء عندما يمر عبر وسيطين مختلفين الشدة، فعندما تمر أشعة الضوء من وسط شفاف إلى آخر، يحدث انكسار الضوء.
يوضح ما يسمى بقوانين Snell-Descartes كيفية حساب زاوية الانكسار من خلال العلاقة حيث n1 هو معامل الانكسار للوسيط الأول و n2 هو معامل الانكسار للوسيط الثاني.
يتضح من العلاقة أنه كلما زاد معامل الانكسار، قلت زاوية الانكسار، والعكس صحيح.

4- الظاهرة الكهروضوئية

تحدث هذه الظاهرة عندما تضرب الحزمة الكهرومغناطيسية سطحًا معدنيًا، مما يتسبب في إطلاق الإلكترونات على هذا السطح.
يتحدد هذا من خلال حقيقة أن الإلكترونات المتصلة بذرات السطح تمتص بعضًا من طاقة الإشعاع الكهرومغناطيسي، مما يتسبب في اكتساب الإلكترونات للطاقة الحرارية وإطلاقها.
لا تعتمد طاقة الإلكترونات المحررة على شدة الإشعاع، بل تعتمد على الطول الموجي للإشعاع، بينما تزيد شدة الإشعاع من عدد الإلكترونات المحررة.
وأوضح ألبرت أينشتاين أن الضوء يتكون من كمات منفصلة للطاقة تسمى الفوتونات، ولكل فوتون طاقة تساوي E = hv، حيث h هو ثابت بلانك و v هو التردد.

انظر أيضًا: ما الفرق بين الضوء والضوء؟

استخدام الضوء

للضوء العديد من الفوائد في مجموعة متنوعة من الصناعات، بما في ذلك:

يستخدم الضوء فوق البنفسجي في عملية تطهير الأجسام ويستخدم أيضًا في تصنيع التلسكوبات المستخدمة في استكشاف الفضاء وتحديد النجوم.
تستخدم الأشعة السينية في الأشعة.
تستخدم موجات الراديو في أجهزة الاتصال.
تُستخدم الألياف الضوئية، التي أساسها الانعكاس الكامل للضوء، في الطب، وكذلك في إنتاج كابلات نقل المعلومات في مجال الاتصالات.
تستخدم أشعة جاما في صناعة قضبان الوقود في محطات الطاقة النووية.
تستخدم أفران الميكروويف في تصنيع أفران الميكروويف للطهي.

النظرية العامة لنسبية الضوء

درس العالم بلانك الطاقة المشعة المنبعثة من الأجسام الساخنة مثل الشمس، وحسب أن الطاقة تتبع القانون E = hf، وأن أشعة الضوء تتكون من عدة فوتونات.
استفادت هذه الفرضية بشكل كبير من العالم ألبرت أينشتاين، الذي طور اقتراحًا بناءً على هذه الفرضية، وهو أن الضوء ينتشر في فراغ على شكل عدد كبير جدًا من الفوتونات.
اقترح أن الضوء يتصرف مثل الجسيم (الفوتون) في الفراغ، لكن هذا يتعارض مع نظرية موجات الضوء، ثم عارض فكرة أن الضوء يتصرف كجسيم ودعم فكرة نظرية الموجة.
بعد ذلك، في عام 1924، حدد العالم دي بروي مبدأ ينص على أن للضوء صفات مزدوجة، لأنه يتصرف كموجة في بعض الظروف وكجسيم في حالات أخرى.
لذلك، فإن سلوك الضوء كموجة يتوافق مع نظرية ماكسويل وبالتالي يساعد في تفسير ظاهرة الانعكاس والانكسار وخصائص أخرى.
بينما تتفق نظريات ماكسويل وآينشتاين مع سلوك الضوء كجسيم (الفوتون)، وبالتالي تساعد في تفسير ظاهرة كومبتون، ظاهرة تفاعل الضوء مع المواد وغيرها.

أنظر أيضا: دراسات حول نظرية انعكاس الضوء في المرايا

في نهاية هذا المقال حول ما هو الضوء الفيزيائي؟ سنتحدث عن الضوء الفيزيائي، المصادر المختلفة للضوء، سرعته، خصائصه المختلفة، التأثير الكهروضوئي، نظرية نسبية الضوء وبعض استخداماته.