السرعة التقريبية للضوء. على مر التاريخ، بذلت محاولات عديدة لقياس سرعة الضوء. من المنطقي أن نتذكر قانون السرعة، الذي ينص على أن سرعة الضوء تساوي المسافة مقسومة على الوقت.
سرعة الضوء
- تبلغ سرعة الضوء في الفراغ 299.7 كم / ثانية، لذلك تُستخدم سرعة الضوء حاليًا لتحديد المتر، والثابت المادي، والمعيار الدولي لقياس الوقت.
- في معظم الحالات العلمية، يمكن اعتبار الضوء لحظيًا لأن سرعته كبيرة جدًا، على سبيل المثال، لقياس المسافة بين النجوم وبيننا، أو في تجارب قياس الوقت، يجب مراعاة سرعة الضوء.
شاهد أيضاً: طبيعة الضوء ونظرياته المختلفة
قيمة سرعة الضوء
- معنى الضوء أوسع وأشمل من دوره في وصف خصائص الموجات الكهرومغناطيسية، لأن سرعة الضوء يفترض أنها ثابتة بطبيعتها.
- يعتبر الحد الأعلى لسرعة انتشار الإشارات وجميع الجسيمات الفيزيائية، حيث يتم تطبيق المعادلة الشهيرة t = kx 2، مما يعني أن سرعة الضوء ثابتة وتربط الكتل المتغيرة للأجسام بالطاقة.
يتم البحث لقياس سرعة الضوء
- أجرى العالم جاليليو، بمساعدة اثنين من مساعديه، تجربة لقياس سرعة الضوء من خلال وضع كل من مساعديه على جبل على بعد 10 كيلومترات.
- ثم أعطى كل منهم فانوس مغطى، وعندما فتح أحد المساعدين الفانوس، فتح الآخر الفانوس عندما رأى الضوء من الفانوس الأول وسجل الوقت بين اكتشاف الفانوس الأول والثاني.
- وهذه المرة التي قطعت فيها المسافة بين الجبلين هي سرعة الضوء، لكنها كانت لحظية، ولم يتمكن من تسجيل الوقت هنا.كان جاليليو يعلم أنه من المستحيل قياس سرعة الضوء بهذه الطريقة.
- قام العالم الدنماركي Roemer بأول محاولة ناجحة لقياس سرعة الضوء من خلال مراقبة قمر المشتري Io، حيث لاحظ أن الأمر يستغرق 42 ساعة لإكمال ثورة حول الكوكب.
- بينما يستغرق المشتري 12 سنة أرضية للدوران حول الشمس، فإن هذا يعني أنه إذا تحركت الأرض بمقدار 90 درجة، فإن المشتري سيقطع مسافة 7.5 درجة.
- هنا، يجب أن يكون لقمر Io دورة ثابتة، وإذا تغير وقت إكمال تلك الدورة، فهذا يعني أنه يتباطأ أو يتسارع، لذلك عندما يبطئ، سوف يسقط في كوكب المشتري.
- على الرغم من أنه إذا كان قد تسارع، لكان قد تم إطلاقه في الفضاء، لكن لم يحدث أي من هذا، مما يعني أن القمر Io لديه دورة ثابتة ذات وقت ثابت ومنتظم.
هل سرعة الضوء ثابتة؟
- ينتقل الضوء من مسار إلى آخر باستخدام الموجات، مثل ما يحدث في الصوت، لذا فإن سرعة الضوء تعتمد على نوع الوسط الذي ينتقل الضوء خلاله.
- علميًا، لا يوجد شيء أسرع من الضوء في الفراغ، ولكن عندما ينتقل الضوء عبر وسط آخر غير الفراغ، فإنه سيؤثر على سرعته، مثل انتقال الضوء عبر الهواء المحتوي على الغبار.
- من المحتمل أن تتأثر سرعة الضوء بتصادم الموجات بجزيئات الغبار مما يؤدي إلى انخفاض في سرعة الضوء، ولهذا خلصنا إلى أن هناك اعتمادًا مباشرًا لسرعة الضوء على الوسط من خلال الذي يمر.
وحدة قياس شدة الضوء
هناك عدة طرق لقياس سرعة الضوء، وتختلف وحدات القياس باختلاف طريقة القياس، ومن بين وحدات قياس سرعة الضوء، يمكن تمييز ما يلي:
- وحدة قياس الضوء في الفانوس تسمى أيضًا الشمعة، وتستخدم هذه الوحدة عند قياس شدة الضوء في اتجاه معين، ويتم الإشارة إلى هذه الوحدة بالرمز cd.
- قياس الضوء في وحدة شمعة القدم تعتمد هذه الوحدة على قياس شدة الضوء لشمعة واحدة من مسافة قدم واحدة، ويُشار إلى هذه الوحدة بالرمز fc.
- قياس الإضاءة باللومن هذه وحدة لحساب التدفق الضوئي، ويُشار إلى هذه الوحدة بالرمز lm، وهو قياس الإضاءة بوحدة اللوكس. تقاس وحدة الضوء هذه باللومن لكل متر مربع، ويعادل لوكس 2 متر تقريبًا.
خصائص الضوء
1- الحيود والانتشار
- من أكثر خصائص الضوء وضوحًا للعين المجردة أنه ينتشر في خط مستقيم، وهذا النوع من الانتشار يسمى الانعراج.
- يحدث الانعراج لأن الضوء يتصرف مثل الموجة، وتنتشر موجة الضوء عندما تمر عبر ثقب صغير أو حافة أو جسم صغير.
2- الانعكاس والتشتت عند اصطدام الضوء بشيء ما
يخزن هذا الجسم الطاقة ثم يعيد إشعاعها في جميع الاتجاهات، وهي ظاهرة تسمى الانعكاس.
3- تدخل الضوء في جميع حالاته
يتم تعريفه على أنه موجات، لكل منها قمة وحوض. عندما تمر موجتان ضوئيتان من نفس النقطة، فإنهما يدخلان بعضهما البعض، لذلك إما أن تلتقي أو تطرح من بعضهما البعض.
4- الامتصاص عند اصطدام الضوء بمادة شفافة
- يتم تبديد بعض طاقته كطاقة حرارية، لذلك تفقد بعض قوتها، وعندما يتم امتصاص هذه الطاقة تكون انتقائية للأطوال الموجية للضوء.
- الضوء الذي يمر عبر مادة ما يظهر فقط في تلك الأطوال الموجية للضوء التي لا يتم امتصاصها، وبعد ذلك يُنظر إلى الأطوال الموجية الموجبة التي يتم تمريرها على أنها لون، يسمى لون الامتصاص لتلك المادة.
- نوع يصنف فيه حسب قوته أو ضعفه، حيث يتم توجيه الضوء القوي إلى نقطة دون تشتت، بينما قد يأتي الضوء الضعيف من مصدر منتشر.
شاهد أيضاً: التطورات العلمية في سرعة الضوء وكيفية قياسها
5- الشدة
تعتمد شدة الضوء عند نقطة معينة على مصدر الضوء الموجه إليه واتجاه إشعاع هذا الضوء.
أهمية الضوء
- يحتاج البشر إلى رؤية الأشياء من حولهم، ومن المفيد أيضًا أن تقوم النباتات بأنشطتها الفسيولوجية، حيث يساعد الضوء النباتات في الحصول على الغذاء من خلال عملية التمثيل الضوئي.
- يؤثر الضوء على التنفس بشكل غير مباشر، لذلك عند اكتمال عملية التمثيل الضوئي، يطلق النبات الأكسجين ويمتص ثاني أكسيد الكربون.
- كما تستخدم لإضاءة المنازل ومنارات الإنارة حتى تتمكن السفن من الإبحار ليلاً، ولإضاءة الشوارع، كما تحدد مسارات هجرة الطيور والأسماك من بيئة إلى أخرى.
- تعالج أشعة الشمس الكساح عند الأطفال والرضع عن طريق تعويض نقص فيتامين د الذي يسبب العديد من اضطرابات النمو.
كيف يرى الإنسان النور؟
- عندما يسقط الضوء على جسم ما، يمتص هذا الجسم بعضًا من ذلك الضوء ويعكس بعضًا منه، لأن الأطوال الموجية الممتصة والمنعكسة تعتمد على خصائص الكائن نفسه.
- عند النظر إلى جسم ما، تنعكس موجات الضوء من سطح الجسم وتسقط على شبكية العين الحساسة للضوء، لذلك تنزل المخاريط الموجودة على شبكية العين بشكل مختلف اعتمادًا على حساسيتها للون معين.
- هنا تنتقل الإشارة القادمة من العصب البصري إلى القشرة البصرية إلى الدماغ ويقوم بتحليلها، ويختلف البشر عن الحيوانات في أنهم يميزون اللون بسبب طبيعة مخاريطهم.
- لكن هناك بعض الحيوانات، مثل الطيور، لديها عدد أكبر من المخاريط، مما يجعلها قادرة على رؤية أطوال موجية موجبة مختلفة عما يمكن أن يراه البشر، مثل الأشعة فوق البنفسجية.
شاهد أيضاً: ما هي سرعة الضوء في الثانية؟
في نهاية رحلتنا بالسرعة التقريبية للضوء، أوضحنا الدراسات التي تم بها قياس سرعة الضوء، بالإضافة إلى وحدات القياس، لأنها تختلف باختلاف طريقة القياس، وأهمها. الخصائص والأهمية.