الضوء في الفيزياء

الضوء في الفيزياء

الضوء

يعرّف الضوء أنّه إشعاع كهرومغناطيسي، يتكوّن من موجات مرئيّة يتراوح طولها ما بين 400 نانومتر (nm) إلى 700 نانومتر، تسمّى الموجات الأطول بالأشعة تحت الحمراء، والموجات الأقصر يطلق عليها إسم الأشعة فوق البنفسجية، وأخرى غير مرئية.


طبيعة الضوء

ظن العلماء أن انتقال موجة الضوء مشابهة لانتقال موجة الماء، وانتشرت هذه النظرية حيث إنّها فسّرت نمط تدخل الخطوط الساطعة مع الخطوط المظلمة للضوء، كما اعتقدوا أنّ الضوء يحتاج لوسط مادي ينتقل فيه كما في الموجة المائية، لكن بعد التجارب الحثيثة أدركوا أنّ الموجة الضوئية عبارة عن مزيح من الحقول الكهربائية والحقول المغناطيسية، وهذه الحقول لا تحتاج لوسط مادي للانتقال بل تنتقل في الفضاء.


العوامل التي تميّز موجات الضوء

  • الطول الموجي (?): يعرف على أنّه المسافة بين قمة موجة وقمة الموجة التي تليها.
  • السعة (a): تعرف على أنها مدى اتساع القمم والقيعان في الموجة الضوئية.
  • سرعة الانتشار: هي المسافة التي تقطعها موجة ضوئية في الثانية الواحدة.
  • التردد (f):مدى تكرار القمة الواحدة في نقطة معينة خلال ثانية واحدة.
  • الزمن(T): هو الفترة الزمنية التي يحتاجها قاعين أو قمتين للمرور عبر نقطة معينة في الفراغ.
تحسب سرعة انتشار الضوء حسب المعادلة التالية: c = ?.f أو c = ?T


أهم خصائص الضوء

  • انكسار الضوء: هو انثناء الموجة عند انتقالها بزاوية معينة من وسط إلى وسط آخر، ينتج هذا الانثناء عن اختلاف سرعة الضوء، يحدث في الأوساط الشفافة فقط، ونستطيع تحديد مقدار هذا الانثناء عن طريق قانون سنيل أو ما يعرف بقانون الانكسار الذي يعطى بالعلاقة:

n1 sin?1 = n2 sin?2، وذلك على اعتبار أن n1 ،n2 هما معاملي الانكسار للوسطين، ?1 الزاوية مع سطح الوسط الأول، ?2 الزاوية مع الوسط الثاني.

  • الانعكاس والتشتت: هو إعادة انبعاث الطاقة الضوئية بعد اصطدام الضوء بجسم ما، يحدث في الأجسان المعتمة فقط، حيث إنّها هذه الطاقة تتشتّت بزوايا مختلفة.والمرايا تعتبر أهم تطبيق على هذه الظاهرة.


سرعة الضوء

ظن العلماء قديماً أن الضوء ينتقل بسرعة لانهائية، وكان الإيطالي جالليلو هو أول من قام بتجارب لقياس سرعة الضوء، حيث صعد إلى أعلى هضبة وكان معه فانوس، وطلب من مساعده أن يصعد إلى هضبة ثانية ومعه فانوس آخر، وكانت تجربته تعتمد على المسافة بين الهضبتين والزمن الذي يستغرقه ضوء الفانوس حتّى يصل للهضبة الثانية، لكن هذه التجربة فشلت بسبب السرعة الكبيرة للضوء، وتوالت التجارب حتى استطاع الأمريكي ميكلسون تحديد سرعة الضوء التي تبلغ 299,796,000 م/ث، كما أثبتت الدراسات أنّ سرعة الضوء تختلف في الفراغ عنها في الأوساط الشفافة، فسرعة الضوء في الماء تبلغ 3/4 من سرعته في الفراغ، وفي الزجاج تصل إلى 2/3 من سرعته في الفراغ.