البحث عن سرعة الضوء
يشير مفهوم الضوء إلى موجات الإشعاع الكهرومغناطيسي التي تتراوح بين الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء، والضوء مكون رئيسي في الطيف الكهرومغناطيسي، وتتراوح موجات الضوء من 380 نانومتر إلى 730 نانومتر، والشمس هي المصدر الرئيسي للضوء للكائنات الحية .
وقبل اختراع المصابيح في الإنارة، اعتمد الإنسان القديم على النار كمصدر رئيسي للضوء بالنسبة له، وتتمتع بعض أنواع الحيوانات بالتواجد داخل أجسامها مثل الحشرات مثل الفراشات المضيئة، وتنقسم مصادر الضوء إلى طبيعية. والاصطناعي أبرز الأنواع الطبيعية هي القمر والنجوم، أما بالنسبة لمصادر الإضاءة الصناعية فهي المصابيح مثل المصابيح الفلورية، والمصباح المتوهج، ومصباح الهالوجين، ومصباح الزئبق.
مفهوم سرعة الضوء
- يشير مفهوم سرعة الضوء إلى السرعة الناتجة عن مقدار المسافة التي يتحرك فيها الضوء ويقطعه في فترة زمنية.
- تُحسب سرعة الضوء في ثانية واحدة، يقطع فيها الضوء مسافة تصل إلى 299.792.457.4 مترًا، أي ما يعادل 300 ألف كيلومتر.
- تمثل سرعة الضوء أعلى سرعة على الكوكب، والتي تتجاوز السرعات الأخرى مثل سرعة الصوت.
أسماء العلماء الذين حاولوا قياس سرعة الضوء
يمكنك هنا التعرف على أبرز العلماء الذين حاولوا قياس سرعة الضوء في الماضي
رومر العالم
- استطاع العالم رومر قياس سرعة الضوء عام 1675 م، بالاعتماد على أدوات المراقبة الفلكية للقمر آيو، أحد أقمار كوكب المشتري.
- يتطلب القمر Io فترة زمنية تصل إلى 42.5 ساعة للدوران بشكل كامل حول كوكب المشتري، أما بالنسبة للمشتري، ففي ثورته الكاملة حول الشمس، فهو يحتاج إلى 12 عامًا فقط من الكوكب.
- اعتمادًا على فترة دورة كوكب المشتري، تبلغ المسافة الزاوية في الحركة 7.5 درجة، لأن كوكب الأرض، عند التحرك، لديه مسافة زاوية 90 درجة.
- عمل العالم رومر على إثبات أن القمر آيو في حالة دوران مستمر، لأنه إذا تغير دورانه بحيث تنخفض سرعته، فقد يؤدي ذلك إلى سقوط القمر على كوكب المشتري، وفي حالة زيادة حركته يؤدي ذلك إلى انفصاله. من كوكب المشتري.
- لم يجد رومر أن القمر آيو له دوران ثابت، الأمر الذي دفعه لتحليل جميع ملاحظات القمر التي تمت بشكل منتظم، ومن خلالها اكتشف تغيرًا في وقت دوران القمر آيو، في حالة وجود كوكب المشتري على مسافة من الأرض، فإن دورة القمر تتطلب فترة زمنية أطول.
- تنخفض الفترة الزمنية لدوران القمر Io عندما يقع المشتري بالقرب من الأرض، ولم يتمكن رومر من إثبات أن القمر Io لديه دورة ثابتة، لذلك توقع أنه سيشاهد خسوفًا للقمر في المكان الذي يوجد فيه يسقط ظل كوكب المشتري.
- لاحظ رومر أن خسوف القمر يحدث في وقت متأخر عن المسافة بين المشتري والأرض.
- كانت ملاحظات رومر هي الوسيلة التي ساعدت العالم Huygens على اكتشاف سرعة الضوء التي تصل إلى 2.3 * 108 م / ث في الثانية، ولاحظ أن هذه السرعة لا حدود لها.
العالم جاليليو جاليلي
- عالم بارز آخر حاول الوصول إلى تقدير لسرعة الضوء هو جاليليو جاليلي، من خلال إجراء تجربة في الجبال.
- تكونت التجربة من شخصين يقفان على جبلين أحدهما يقع على بعد 10 كيلومترات من الآخر، ثم يقوم أحدهما بتشغيل فانوس، وعلى الشخص الآخر تشغيل الفانوس الآخر عندما يرى الضوء منه.
- في ذلك الوقت بين تشغيل الفانوس الأول والفانوس الثاني، يتم حساب مقدار الوقت بينهما، وهو الوقت اللازم للضوء لقطع المسافة بين الجبل الأول والجبل الثاني، ولكن محاولة غاليليو للقياس كان الضوء من هذه الشرح طريقة غير ناجح.
العالم إيفانسون
- نجح العالم إيفانسون في القرن العشرين في تحقيق سرعة الضوء بدقة وبأخطاء أقل، وكانت قيمة سرعة الضوء في الثانية 299.792.457.4 مترًا في الثانية.
- أراد العالم إيفانسون الحصول على قيمة دقيقة وغير متغيرة لسرعة الضوء، وساعد في ذلك وجود الساعات الذرية ذات الدقة العالية وتكنولوجيا الليزر، وقد لوحظ أن سرعة الضوء في الثانية هي 299،792،458 م / س.
قياس سرعة الضوء
- تقاس سرعة الضوء بضرب قيمة كل طول موجي في التردد، حيث تكون سرعة الضوء مساوية = الطول الموجي * التردد، ويتم التعبير عن هذه المعادلة بالرموز التالية xz = t * v أو C = × F.
- توجد سرعة الضوء أيضًا بشرح طريقة أخرى وهي سرعة الضوء = الطول الموجي / الوقت، ويتم التعبير عنها بالرموز التالية xz = m / g.
كيفية إيجاد سرعة الضوء باستخدام معامل الانكسار
- من الناحية النظرية، يتم الوصول إلى قيمة سرعة الضوء من خلال معامل الانكسار بالمعادلة التالية سرعة الضوء في الفضاء ÷ سرعة الضوء في الوسط.
- تشير معادلة معامل الانكسار السابقة إلى أن الحد الأدنى لقيمة المعلمة هو 1 وليس أقل من هذه القيمة، وعندما تتجاوز قيمة السرعة هذا الحد، تكون سرعة الضوء قليلة.
- قيمة معامل انكسار الهواء 1.003، بينما قيمة معامل انكسار الكحول 1.36، وقيمته في الزجاج 1.52، وفي الماء 1.33، بينما الفراغ 1، ما يعني أن سرعة الضوء تختلف حسب نوع الوسيط.
سرعة الضوء في الماء
- كما ذكرنا سابقًا تصل قيمة معامل الانكسار في سرعة الضوء إلى 1.33، ويتم الحصول على سرعة الضوء بقسمة سرعة الضوء الثابتة على معامل الانكسار = 299.792.458 / 1.33 = 225407863.16 مترًا في الثانية.
- تتغير قيمة سرعة الضوء في الماء عنها في الهواء، ووجود هذا الاختلاف بينهما يؤدي إلى حدوث انكسار للضوء عند مروره في البحر، لأن الماء يحتوي بداخله على جزيئات تسبب تشتت الضوء. .
- الحد الأقصى الذي يمكن أن يصل إليه الضوء في عمق البحر هو 150 مترًا، وعندما يصل الضوء إلى عشرة أمتار في مياه البحر، يمتص الماء طيفه المرئي بأطوال موجته.
- يبلغ الطول الموجي للضوء الأحمر حوالي 15 مترًا، ويبلغ الطول الموجي للبرتقالي 50 مترًا، ويبلغ الطول الموجي الأصفر 30 مترًا.
- أما الألوان الأخرى من الأخضر والأزرق والبنفسجي، فإن أطوالها الموجية تصل إلى مسافات أقصر مقارنة بأطوال موجات الألوان السابقة.
للضوء العديد من الخصائص التي تشمل
انكسار الضوء
- ينكسر الضوء عندما يكون مساره غير مستقيم، ويكون إما قريبًا من خط زاوية السقوط العمودية أو بعيدًا عنه.
- تُحسب زاوية انكسار الضوء وفقًا للسرعة المنخفضة أثناء مروره عبر وسط، ويعتبر الماء والهواء من أبرز الوسائط التي تسبب انكسار الضوء.
انعكاس الضوء
- يتعرض الضوء للانعكاس عند سقوطه على وسط، مما ينتج عنه عودة الضوء من وسط المادة بمقدار زاوية وقوعه، والوسط المادي الذي يتعرض فيه الضوء للانعكاس هو السطح الأملس مثل مرآة.
انتشار الضوء
ينتشر طيف الضوء فور سقوطه مما يساعد على الرؤية بوضوح من جميع الجهات.
امتصاص الضوء
ومن أبرز خصائص الضوء الأخرى تعرضه للامتصاص عندما يسقط على وسط شفاف.
حيود الضوء
- ينحرف الضوء عندما يمر عبر فجوة، مما ينتج عنه انحراف في مسار الضوء، ويؤدي الانعراج إلى تغيير مسار الضوء للتحرك في اتجاه آخر.
- ظاهرة حيود الضوء تشبه الماء. عندما يمر عبر جسم كبير أو فتحة، يمكن أن يغير مسار موجات الماء.
تدخل خفيف
- يحدث تداخل الضوء عندما تنعكس موجاته من الوسط في السطح الداخلي والخارجي معًا مما ينتج عنه تجمع هذه الموجات.
- عندما يحدث تداخل الضوء، فإنه ينتج عنه زيادة في موجات الضوء أو تدميرها.
استقطاب الضوء
- يحدث استقطاب الضوء عندما يسقط الضوء على وسيط، وتنتشر موجاته، ويهتز عندما يكون اتجاهه طوليًا.
- كما يتعرض الضوء للاستقطاب عندما يمر الضوء على وسط مادة يمتصه، مما يؤدي إلى تعرضه للاهتزاز، أو عند انعكاس الضوء على بعض أنواع الأسطح.
أنواع الضوء
ينقسم الضوء بشكل أساسي إلى ما يلي
الطيف المرئي
- يبلغ الحد الأدنى للطول الموجي للضوء المرئي 400 نانومتر ويزيد إلى 700 نانومتر مع كمية محددة من التردد.
- يحتوي الطيف المرئي على أطوال موجية مختلفة، والطول الموجي الأحمر أطول مقارنة بالطول الموجي البنفسجي.
طيف غير مرئي
- الطيف المرئي له نوعان موجات طويلة وموجات قصيرة.
- الموجات الطويلة هي موجات الراديو وموجات الأشعة تحت الحمراء والموجات الدقيقة.
- أما الموجات القصيرة فهي أشعة إكس، وموجات فوق بنفسجية، وأشعة جاما.
استخدامات الضوء
للضوء أهمية كبيرة في الحياة اليومية وتستخدم مصادره للعديد من الأغراض التالية
- استخدام الأشعة السينية في تشخيص الأمراض، حيث يتم تصوير الجسم من الداخل بشرح طريقة ما.
- استخدام موجات الراديو، وهي موجات راديو، للتواصل بين مكانين في مناطق مختلفة.
- الاستفادة من أشعة ama في محطات الطاقة النووية.
- الاستفادة من الأشعة فوق البنفسجية في إنشاء التلسكوبات في المراقبة الفلكية.
- الاعتماد على الضوء في الطاقة الشمسية.
- استخدام الليزر في عمليات اللحام والقطع.
- استفد من ضوء الشمس في عملية التمثيل الضوئي التي تحصل منها النباتات على طعامها.
- الضوء هو دليل للطيور في التعرف على المسار الذي تسلكه في الرحلة وقت الهجرة.
- يستخدم الضوء لإضاءة المنازل والشوارع.
- تعتمد اللافقاريات البحرية على الضوء للتكاثر.
- يستخدم الضوء في صناعة الأجهزة الإلكترونية مثل التلفاز والحاسوب والهواتف.
- يستخدم الضوء لدراسة ترددات الضوء مما يساعد في تطوير ميكانيكا الكم.
وفي ختام هذا المقال قدمنا لكم بحثا عن سرعة الضوء حيث تعرفنا على مفهوم سرعة الضوء وابرز العلماء الذين حاولوا قياس قيمته اضافة الى كيفية قياسه. سرعة الضوء وخصائصه وأبرز أنواعه، بالإضافة إلى أهميته في الاستفادة منه في الحياة اليومية.