طريقة لتحديد مسار الضوء في الهواء. الضوء عبارة عن إشعاع كهرومغناطيسي يمثل أجزاء ضيقة من الطيف الكهرومغناطيسي بأكمله، وهذا الجزء الضيق هو ما يمكن رؤيته بالعين المجردة.
ينتقل هذا الضوء في عدة مسارات واتجاهات يمكن تحديدها، والتي سنتعرف عليها في هذا الموضوع، بالإضافة إلى ذكر بعض المعلومات المهمة عن الضوء.
كيفية تحديد مسار الضوء في الهواء
قبل أن نتعلم كيفية تحديد مسار الضوء في الهواء، يجب أن نتعرف أولاً على مفهوم الضوء وأبعاده وخصائصه، والتي سنذكرها في السطور التالية.
مفهوم الضوء
الضوء عبارة عن إشعاع يتكون من موجات كهرومغناطيسية تنعكس من أجسام شفافة حتى نتمكن من رؤيتها بالعين المجردة.
للضوء ما يسمى بأطوال موجية مختلفة، والتي تتمثل في ألوان الطيف السبعة، والتي تنعكس بالعيون وتنتقل إلى العقل، والتي تترجمها إلى اللون الذي يمثل الأطوال الموجية.
البنفسج له طول موجي قصير جدًا، وله طول موجي طويل جدًا، وله طول موجي متوسط للبرتقالي والأزرق والأخضر والأصفر.
راجع أيضًا: مقدمة في سرعة الضوء في الماء
أبعاد الضوء
للضوء ثلاثة أبعاد رئيسية:
- تُعرف زاوية الاهتزاز بالاستقطاب.
- ما يعرف بالسعة أو الشدة.
- ما يعرف بالتردد أو اللون.
خصائص الضوء
- تنطبق جميع الخواص الضوئية على الطيف الكهرومغناطيسي ككل، سواء كانت خصائص تتعلق بالرؤية، مثل الانعكاس والانكسار وما يعرف بالحيود والاستقطاب والتشتت وغيرها.
- أو خصائص الموجة: الضوء عبارة عن موجة كهربائية، والموجة المغناطيسية متراكبة، لذلك لها خصائص الموجة، والضوء له تردد، والتردد هو عدد مرات تكرار الموجات لكل وحدة زمنية، ولها أطوال موجية.
- الطول الموجي هو المسافة بين القمم والقمم المتتالية، أو القيعان والقيعان المتتالية الأخرى، بالإضافة إلى السعة، والسعة هي ارتفاع الموجة، أو بتعبير أدق، الإزاحة من نقاط التوازن.
- الانكسار البصري هو التغير في السرعة الضوئية عند انتقاله من وسيط إلى آخر، بشرط أن يكون لكل منها معامل انكسار مختلف عن الآخر. ستنخفض السرعة الضوئية إذا سافر الضوء من وسط ذي معامل انكسار منخفض إلى وسط بمؤشر انكسار أعلى.
- الأمر الذي سيجعل أشعة الضوء أقرب إلى الخطوط الافتراضية المتعامدة على السطحين، والعكس صحيح.
- يتم تحديد مقدار الانكسار والانعكاس حسب نوع المواد التي تتكون منها الوسيط الثاني، والانعكاس البصري هو شعاع من الضوء يرتد عن السطح الفاصل بين وسيط وآخر، ولكل منهما معامل انكسار مختلف.
- الزاوية بين الأشعة الساقطة والخط العمودي التخيلي على السطح تساوي الزاوية بين نفس الخط والأشعة المنعكسة، وبالتالي فإن زاوية السقوط تساوي زاوية الانعكاس.
- يمكن تعريف عملية التشتت بالحقيقة التالية: أطول طول موجة – لكل لون – له مؤشر انكسار ينتمي إليه فقط، وهذا يتسبب في خضوع الضوء للتوهين ورؤية ألوان الطيف السبعة.
- أما بالنسبة للعملية التي ينطوي عليها الاستقطاب، فهي تُعرف بتوهين شدة الضوء من خلال السماح لمكون الموجة الضوئية بزاوية مساوية للزاوية التي يتم فيها ضبط المستقطب. موجة ضوئية قادمة من مكان ما تكون في حالة اهتزاز في اتجاهات مختلفة.
- ولكن في الاستقطاب، يسمح المستقطب للموجات المهتزة عند إحدى الزوايا المعطاة بالمرور ثم يعكس بقية الموجات حيث يعمل على تخفيف الكثافة الضوئية.
قد تكون مهتمًا بـ: مفهوم وطبيعة الضوء في الفيزياء
كيفية قياس السرعة الضوئية
حاول العلماء دائمًا قياس سرعة الضوء، ومن المنطقي أن تفكر في قانون السرعة، فالسرعة تساوي ناتج المسافة / الوقت، لكنها ليست سهلة للضوء، فالضوء يتميز بسرعته العالية .
حاول العالم جاليليو والعالم رومر قياس سرعة الضوء، والجدير بالذكر أن النتيجة الأكثر دقة كانت تلك التي أظهرت سرعة الضوء باستخدام الليزر والساعات الذرية.
بعد عام 1970 م، تم تطوير هذه التقنيات، مما زاد الحافز للعلماء لإعادة قياس السرعة الضوئية للحصول على نتائج أكثر دقة.
في عام 1973 بعد الميلاد، قام العالم إيفانسون بقياس سرعة الضوء، وكذلك فعل العديد من العلماء.
تمكنوا من الحصول على قيم دقيقة للغاية تبلغ 299،792،457.4 م / ث، وكان معدل الخطأ في القيمة السابقة ± 1 م / ث.
بعد ذلك كان لا بد من تحديد السرعة الضوئية بقيم ثابتة، ولهذا السبب تم استخدام مكثفات ذرية عالية الدقة والليزر، وتم تحديد الوقت بعبارات مطلقة، وهو ما يتفق عليه الجميع، ويعبر عن المسافة التي يقطعها الضوء. في فترة 792458 1/299 ثانية.
لذا فقد وافق المجتمع الدولي على أن السرعة الضوئية هي 299،792،458 م / ث، وهذا الحبل السري مستقر في فراغ ولا يمكن تغييره أبدًا، ولا يوجد شيء من الأشياء المختلفة التي يمكن أن تتحرك أسرع من السرعة في الفراغ، مما يعني، وهي أسرع سرعة في الكون.
سرعة الضوء في الوسائط الأخرى
يمكن الحصول على وسائط أخرى بقياسها أو باستخدام معامل الانكسار.
إنه يعبر عن مقدار انحراف الضوء أثناء انتقاله من وسط إلى آخر، لذا فإن مؤشر الانكسار = السرعة الضوئية في الفراغ / السرعة الضوئية في الوسط.
بمساعدة هذه العلاقة نستنتج أن مؤشر الانكسار لن يأخذ قيمة أقل من الوحدة، وسيكون هذا هو حال حركة الضوء في الفراغ، وهذا يرجع إلى حقيقة أن الضوء يتميز بـ وسط بطيء، وتجدر الإشارة إلى أن معامل الانكسار لا يحتوي على وحدات.
يمكن الحصول على السرعة الضوئية في الوسائط الأخرى عن طريق قياسها كما تم باستخدام الليزر ولكن بعد وضع إحدى المواد فيه يتطلب قياس السرعة الضوئية بالليزر.
اخترنا لك: ما هي سرعة الضوء في الثانية؟
سنة ضوئية
تُعرف بوحدة المسافة، ولكن قد يكون هذا مضللًا بسبب استخدام مصطلح “السنة” حيث يعتقد البعض أنها وحدة زمنية.
لكن وحدة المسافة المعروفة بالسنة الضوئية تُستخدم في النطاق المرتبط بالمجرة، وعندما نتحدث عن مسافة أكبر من المجرة، نستخدم وحدة أخرى للمسافة تُعرف باسم فرسخ فرسخ.
السنة الضوئية هي المسافة التي يقطعها الضوء في عام جوليان واحد في الفضاء، والسنة اليوليانية هي 365.25 يومًا.
هذه هي نفس سنة الأرض المستخدمة في التقويم الشمسي، وبعبارات بسيطة، سنة ضوئية واحدة = 9،460،730،472،580.8، أو ما يقرب من 9.46 × 1015 م.
كيفية تحديد مسار الضوء في الهواء
ينتقل الضوء في مسارات مستقيمة تمامًا ويستمر في التحرك في خط مستقيم حتى يصطدم بوسط آخر يصادفه.
لذا فإن الضوء الذي يمر عبر الهواء أو الماء أو أي شيء آخر، أو لا يضرب شيئًا على الإطلاق، يظل مباشرًا ما لم يصطدم بواجهة أخرى.
وإذا أجرينا إحدى التجارب السابقة حتى نتمكن من تحديد مسار شعاع الضوء في الهواء، فسنصل إلى الاستنتاج التالي:
- ينتشر شعاع من الضوء في خط مستقيم.
- يتغير المسار المباشر للضوء عندما يواجه عقبة.
طرق تغيير مسار الضوء في الهواء
يمكن تغيير مسار الإشعاع الضوئي بثلاث طرق رئيسية:
- انعكاس بصري.
- الانكسار البصري.
- الامتصاص البصري.
في نهاية الموضوع وبعد أن تعرفنا على مفهوم الضوء وأبعاده وخصائصه، وكذلك طرق قياس سرعة الضوء، وتعرّفنا على سرعة الضوء في وسائل الإعلام الأخرى، وتحدثنا عنه السنة الضوئية، وأجبنا على سؤال مقال “كيف نحدد مسار الضوء في الهواء” وقد ذكرنا طرق تغيير مسار الضوء، ما عليك سوى مشاركة هذا الموضوع على جميع الشبكات الاجتماعية.