مقدمة عن سرعة الضوء في الماء هي أحد الموضوعات التي يجب أن تدرسها أو تقرأها على الأقل، خاصة إذا كنت طالب علوم، ومن المعروف أن الضوء يسافر بسرعة 1.07 مليار كيلومتر في الساعة في الهواء.
ما هو الضوء؟
- من المعروف أن الضوء جزء من الإشعاع الكهرومغناطيسي، وينتشر في نطاق معين من ترددات الإشعاع.
- على عكس معظم الموجات الكهرومغناطيسية غير المرئية للإنسان، يكون الضوء مرئيًا للعين البشرية.
- تعتمد رؤية الألوان بشكل أساسي على طبيعة الضوء المرئي وقدرة العين والعقل البشريين على تحليل هذه الألوان.
- يمكن للعين البشرية أن ترى أطوال موجية من 700 نانومتر، وهو أحمر، إلى البنفسجي، أي 400 نانومتر.
- يعتقد الكثير من الناس أن الكائنات لها ألوان، ولكن الحقيقة هي أن الضوء ينعكس على سطح تلك الأشياء، ولهذا السبب نرى تلك الألوان.
أقدم لكم أيضًا: مفهوم وطبيعة الضوء في الفيزياء
سرعة الضوء
- في مقدمة لسرعة الضوء في الماء، من المهم أيضًا معرفة سرعة الضوء في الهواء. تبلغ سرعة الضوء 299792458 مترًا في الثانية و 1.07 مليار كيلومتر في الساعة.
- الضوء هو أسرع شيء في الكون. إذا تمكن الشخص من التحرك بهذه السرعة، فسيكون قادرًا على الدوران حول الأرض 7 مرات ونصف في الثانية!
- على سبيل المثال، يبلغ متوسط سرعة الطائرة 800 كيلومتر في الساعة، مما يعني أنها تحتاج إلى 5 أضعاف هذه السرعة لإحداث ثورة واحدة حول الأرض.
- يستغرق الضوء ثانية واحدة فقط للانتقال من الأرض إلى القمر، وتقدر المسافة بين القمر والأرض بحوالي 384398.24 كيلومترًا.
- وإذا أراد الضوء أن ينتقل من الشمس إلى الكوكب، فيستغرق 8 دقائق، حيث أن المسافة بينهما تقارب 149597886 كيلومترًا.
- وبناءً على ذلك، تُستخدم سرعة الضوء لقياس المسافات الفلكية، لذلك نقول إن أقرب نجم، قنطورس، يبعد 4.25 سنة ضوئية عن الأرض.
- أي، إذا سافرنا من كوكب الأرض إلى أقرب نجم، سنتوري، فسوف يستغرق الأمر منا 4 سنوات و 3 أشهر للوصول إليه!
الإلمام بسرعة الضوء في الماء
- سرعة الضوء ليست ثابتة، حيث يمكن أن تنخفض اعتمادًا على الوسط الذي ينتشر فيه الضوء، وعندما لا ينتشر الضوء في الفراغ، تكون سرعة الضوء في أقصى حد لها.
- عندما يصادف الضوء أي مادة أثناء مروره عبر الفراغ، حتى لو كانت المادة غبارًا، فإن الضوء يتعرض للانكسار بسبب اصطدام الضوء بجزيئات المادة المقابلة له.
- الحالة السابقة تتسبب في انخفاض سرعة الضوء، وهذه أهم المعلومات التي تحتاج إلى معرفتها للتعرف على سرعة الضوء في الماء.
- مؤشر الانكسار هو المعدل الذي تتناقص عنده سرعة الضوء كدالة للوسط الذي ينتشر فيه. في معظم الحالات، يكون معامل الانكسار للوسط أكبر من 1.
- مكتشف هذه الحالة هو العالم جان فوكو، على سبيل المثال، عندما يكون معامل انكسار الهواء 1.0003، وهو جزء كبير جدًا من مؤشر انكسار الهواء، وهو 1.
- أما مؤشر انكسار الماء فهو 1.33، ولكي نتمكن من حساب سرعة الضوء في الماء أو أي وسيط آخر، فإننا نطبق القانون (السرعة = سرعة الضوء الثابتة / مؤشر انكسار الوسط).
سرعة الضوء في الماء
- يؤدي الاختلاف في سرعة الضوء في الماء والهواء إلى انكسار ضوء الشمس أثناء مروره عبر سطح البحر وامتصاصه وتناثره بواسطة الجزيئات الصلبة.
- في أول 10 أمتار فوق مستوى سطح البحر، يتم امتصاص معظم الطيف المرئي من الضوء، ولا يمكن للضوء أن يخترق أكثر من 150 مترًا تحت مستوى سطح البحر، حتى لو لم يكن الماء يحتوي على شوائب.
- يعتمد امتصاص أو تشتت الضوء في الماء على طول موجته، حيث يمكن أن تخترق أطوال موجية مثل اللون الأحمر الطويل، حتى 15 مترًا تحت مستوى سطح البحر.
- أما اللون الأصفر فهو يصل إلى 30 مترًا تحت مستوى سطح البحر، بينما يصل البرتقالي إلى 50 مترًا تحت مستوى سطح البحر.
- يمكن أن تصل الأمواج الطويلة مثل البنفسجي والأخضر والأزرق إلى عمق البحر.
أقدم لكم أيضًا: ما الفرق بين النور والنور؟
طبيعة الضوء
- في هذه المقدمة لسرعة الضوء في الماء، سأخبرك ببعض المعلومات المهمة حول طبيعة الضوء والتي ستساعدك على فهم كيفية انتقال الضوء في الماء بشكل أفضل.
- في القرن التاسع عشر، اكتشف العلماء طبيعتين مختلفتين للضوء: الأولى هي أن الضوء شعاع، والثاني هو أن الضوء عبارة عن موجة.
- أوضحت النظرية معظم الخصائص المعروفة للضوء، وهي الانعكاس والتشتت والانكسار.
- في أوائل القرن التاسع عشر، أجرى الفيزيائي توماس يونغ تجربة تسمى تجربة الشباب المشاغب، والتي تتكون من تسليط الضوء من خلال ثقب صغير في بطاقة رقيقة تحتوي على ثقبين.
- خلف البطاقة الرفيعة توجد شاشة، وبفضل هذه التجربة استنتج أن للضوء طبيعة موجية.
- في بداية القرن العشرين، أعلن العالمان بلانك وأينشتاين أن الضوء يتكون من حزم ضوئية من الطاقة، والتي أطلق عليها اسم الفوتونات.
- أوضحت هذه النظريات طبيعة الضوء، وهي أن الضوء يتكون من موجات وجزيئات.
خصائص الضوء
- لفهم مقدمة سرعة الضوء في الماء، يجب أن تتعلم خصائص الضوء، وأول خاصية هي خاصية الانعكاس.
- عندما يسقط الضوء على مرآة، على سبيل المثال، وهو سطح أملس، سينعكس الضوء من سطح المرآة بنفس الزاوية التي وقع فيها، وهذه هي خاصية الانعكاس.
- الانتشار، عندما يسقط الضوء على سطح غير مستوٍ وينعكس في جميع الاتجاهات.
- تعتبر خاصية التشتت مهمة جدًا لأنها تتيح للأشخاص النظر إلى زوايا مختلفة، على سبيل المثال، عندما يسقط الضوء على الورقة وينتشر، يمكنك قراءة الورقة دون تغيير زاوية القراءة.
- الانكسار، وهو خاصية أخرى للضوء يمر فيه الضوء عبر وسيطين شفافين، مثل الماء والهواء، وبالتالي تتغير سرعة الضوء وينحني الضوء على طول خط عمودي على زاوية السقوط.
- يسمى هذا الانحناء بزاوية الانكسار، وتعتمد قيمة الزاوية على درجة انخفاض سرعة الضوء في وسط معين.
- التداخل، وهو ما يعني أن الموجات الضوئية تتكون من قمم ووديان يتم تجميعها معًا لتشكيل نوعين من التداخل: التداخل البناء والتداخل الهدام.
- التداخل البناء هو مرور موجتين ضوئيتين ويحدث تصادم بين القمتين، وينتج عن التصادم ذروة قصوى تعطي مزيدًا من الضوء.
- أما التداخل المدمر فهو التقاء قمة موجة ضوئية بقاع موجة ضوئية أخرى، وينتج عن هذا الاصطدام بقعة مظلمة، وقد اكتشف العالم توماس يونغ التداخل المدمر.
إذن ما هي سرعة الضوء في الثانية؟
الاشعاع الكهرومغناطيسي
- الإشعاع الكهرومغناطيسي هو نوع آخر من الطاقة.
- تعتبر موجات الراديو والأشعة السينية والميكروويف وأشعة الشمس وأشعة جاما إشعاعًا كهرومغناطيسيًا.
- الضوء المرئي هو أيضًا نوع من الإشعاع الكهرومغناطيسي.
يبحث العديد من طلاب العلوم عن مقدمة لسرعة الضوء في الماء وتختلف سرعة الضوء حسب الوسيط الذي ينتقل فيه وهناك بعض المفاهيم المهمة التي يجب أن تعرفها لمساعدتك على فهم سرعة الضوء في الماء