مقدمة عن سرعة الضوء في الماء
مقدمة عن سرعة الضوء في الماء، من المواضيع التي يجب عليك دراستها أو القراءة عنها على الأقل، خاصة إذا كنت طالب علوم، والمعروف أن الضوء يسير بسرعة 1.07 مليار كيلومتر في الساعة في الهواء.
محتويات المقال
ما هو الضوء؟
- من المعروف أن الضوء عبارة عن جزء من الإشعاع الكهرومغناطيسي، وهو يمتد على مدى محدد من الترددات للإشعاع.
- على عكس معظم الموجات الكهرومغناطيسية التي لا يمكن للإنسان أن يراها، إلا أن الضوء مرئي للعين البشرية.
- تعتمد رؤية الألوان في الأساس على طبيعة الضوء المرئي، بالإضافة إلى قدرة العين البشرية والدماغ على تحليل هذه الألوان.
- تستطيع العين البشرية أن ترى الأطوال الموجية من 700 نانومتر وهو اللون الأحمر، وصولًا إلى اللون البنفسجي عند تردد 400 نانومتر,
- يعتقد العديد من الناس أن الأجسام لها ألوان، إلا أن الحقيقة هي أن الضوء ينعكس على سطح هذه الأجسام، وبالتالي نرى هذه الألوان.
كما أقدم لك: مفهوم وطبيعة الضوء في الفيزياء
سرعة الضوء
- في مقدمة عن سرعة الضوء في الماء، من المهم أن تعرف سرعة الضوء في الهواء كذلك، وتصل سرعة الضوء إلى 299792458 مترًا في الثانية الواحدة، و1.07 مليار كيلومتر في الساعة.
- يعتبر الضوء أسرع شيء يسير في هذا الكون، إذا كان الإنسان له القدرة على التحرك بهذه السرعة، لكان بإمكانه أن يدور حول الأرض 7 مرات ونصف في الثانية الواحدة!
- وعلى سبيل المثال، متوسط سرعة الطائرة 800 كيلومتر في الساعة، أي أنها تحتاج إلى هذه السرعة 5 مرات كي تدور حول الأرض دورة واحدة.
- حتى ينتقل الضوء من كوكب الأرض إلى القمر، فإنه يحتاج ثانية واحدة فقط، والمسافة بين القمر وكوكب الأرض تُقدر بحوالي 384398.24 كيلومتر.
- وإذا أراد الضوء الانتقال من الشمس إلى كوكب الأرض، فإنه يحتاج إلى 8 دقائق، حيث أن المسافة بينهما 149597886 كيلومتر تقريبًا.
- وعلى هذا الأساس، يتم استخدام سرعة الضوء في قياس المسافات الفلكية، فنقول أن نجم قنطور الأقرب يبعد عن كوكب الأرض مسافة 4.25 سنة ضوئية.
- أي أنه لو انتقلنا من كوكب الأرض وصولًا إلى نجم قنطور الأقرب، فإننا نحتاج إلى 4 سنوات و3 أشهر كي نصل إليه!
مقدمة عن سرعة الضوء في الماء
- سرعة الضوء ليست ثابتة، حيث أنها يمكنها أن تنخفض على حسب الوسط الذي يسير فيه الضوء، وإذا لم يكن الضوء يسير في الفراغ فإن سرعة الضوء تكون أقصاها.
- إذا واجه الضوء أي مادة أثناء عبوره في الفراغ، حتى ولو كانت المادة غبارًا، فإن الضوء يتعرض للانكسار، وذلك بسبب التصادم بين الضوء وبين جزيئات المادة التي تعارضه.
- تؤدي الحالة السابقة إلى انخفاض سرعة الضوء، وهذه أهم المعلومات التي يجب عليك معرفتها عن مقدمة عن سرعة الضوء في الماء.
- دليل انكسار الوسط هو عبارة عن معدل انخفاض سرعة الضوء على حسب الوسط الذي يسير فيه، وفي معظم الحالات، تكون قيمة دليل انكسار الوسط أعلى من 1.
- مكتشف هذه الحالة هو العالم جين فوكو، وعلى سبيل المثال، إذا كان دليل انكسار الهواء هو 1.0003، وهي نسبة كبيرة للغاية من دليل الانكسار في الهواء الذي يساوي 1.
- أما دليل انكسار الماء، فهو 1.33، وحتى نتمكن من حساب سرعة الضوء في الماء أو في أي وسط آخر، نطبق قانون (السرعة= ثابت سرعة الضوء/ دليل انكسار الوسط).
سرعة الضوء في الماء
- يؤدي اختلاف سرعة الضوء في الماء عن سرعته في الهواء إلى تعرض ضوء الشمس للانكسار في حالة اختراقه لسطح البحر، ويتعرض للامتصاص والتشتت من خلال الجزيئات الصلبة.
- في أول 10 أمتار من سطح البحر، يتم امتصاص معظم الطيف المرئي للضوء، ولا يمكن للضوء أن يخترق أكثر من 150 متر تحت سطح البحر، حتى إذا كان الماء خاليًا من الشوائب.
- يعتمد امتصاص الضوء في الماء أو تشتته على الأطوال الموجية له، حيث أن الأطوال الموجية مثل الأحمر، وهو طول موجي طويل، يستطيع أن يخترق حتى 15 متر تحت سطح البحر.
- أما اللون الصفر، يصل إلى 30 متر تحت سطح البحر، والبرتقالي 50 متر تحت سطح البحر.
- الأطوال الموجية الطويلة مثل البنفسجي والأخضر والأزرق، يمكنها أن تصل إلى عمق أكبر تحت سطح البحر.
كما أقدم لك: ما الفرق بين النور والضوء؟
طبيعة الضوء
- في مقدمة عن سرعة الضوء في الماء، سأخبرك بعض المعلومات الهامة عن طبيعة الضوء، والتي ستسهل عليك فهم كيفية سير الضوء في الماء.
- في القرن الـ 19، اكتشف العلماء طبيعتين مختلفتين للضوء، الأولى هي أن الضوء عبارة عن شعاع، والثانية هي أن الضوء عبارة عن موجات.
- فسرت النظرية معظم خصائص الضوء المعروفة للكل، وهي الانعكاس والتشتت والانكسار.
- في بداية القرن الـ 19، أجرى العالم الفيزيائي توماس يونج تجربة تم تسميتها بتجربة “شقي يونج”، وهي عبارة عن تسليط ضوء من خلال ثقب صغير على بطاقة رقيقة تحتوي على ثقبين.
- خلف البطاقة الرقيقة يوجد شاشة، وتم التوصل إلى أن الضوء له طبيعة موجية من خلال هذه التجربة.
- في بداية القرن الـ 20، قال العالمان بلانك وأينشتاين أن الضوء يتكون من حزم ضوئية من الطاقة، أطلق عليها اسم الفوتونات.
- وبهذه النظريات، تم تفسير طبيعة الضوء، وهي أن الضوء عبارة عن موجات وجزيئات.
خصائص الضوء
- كي تتمكن من فهم مقدمة عن سرعة الضوء في الماء، يجب أن تدرس خصائص الضوء، وأول خاصية هي خاصية الانعكاس.
- عندما يسقط الضوء على المرآة مثلًا -وهي سطح أملس- فإن الضوء سوف ينعكس عن سطح المرآة بنفس الزاوية التي سقط بها، وهذه هي خاصية الانعكاس.
- الانتشار، وهو عبارة عن سقوط الضوء على سطح غير أملس، فيرتد الضوء في جميع الاتجاهات.
- خاصية الانتشار هامة للغاية، لأنها هي التي تتيح للبشر النظر في زوايا مختلفة، مثلًا عندما يسقط الضوء على الورقة وينتشر، يتمكن الشخص من قراءة الورقة بدون الحاجة إلى تغيير زاوية القراءة.
- الانكسار، وهي خاصية أخرى من خصائص الضوء، يحدث فيها أن الضوء يعبر من خلال وسطين شفافين مثل الماء والهواء، وبالتالي تتغير سرعة الضوء، وينحني الضوء في خط عمودي لزاوية السقوط.
- يطلق على هذا الانحناء زاوية الانكسار، وتعتمد قيمة الزاوية على مقدار الانخفاض في سرعة الضوء في وسط معين.
- التداخل، ومعناه أن الموجات الضوئية تتكون من قمم وقيعان، يتجمعوا معًا بحيث يكونوا نوعين من التداخل، التداخل البناء، والتداخل الهدام.
- التداخل البناء هو عبارة عن مرور موجتين ضوئيتين، فيحدث اصطدام بين القمتين، وينتج عن التصادم قمة عظمى، تعطي الضوء بشكل أكبر.
- أما التداخل الهدام، فهو عبارة عن التقاء قمة لموجة ضوئية مع قاع لموجة ضوئية أخرى، فينتج عن هذا التصادم بقعة معتمة، وتم اكتشاف التداخل الهدام من قبل العالم توماس يونج.
إليك من هنا: كم تبلغ سرعة الضوء في الثانية الواحدة؟
الإشعاع الكهرومغناطيسي
- الإشعاع الكهرومغناطيسي هو شكل من أشكال الطاقة المختلفة.
- تعتبر موجات الراديو والأشعة السينية وموجات الميكروويف وأشعة الشمس وأشعة جاما من ضمن الإشعاع الكهرومغناطيسي.
- الضوء المرئي كذلك يعتبر من أنواع الإشعاع الكهرومغناطيسي.
يبحث العديد من طلاب العلوم عن مقدمة عن سرعة الضوء في الماء، وتختلف سرعة الضوء على حسب الوسط الذي يسير فيه، ويوجد بعض المفاهيم الهامة التي يجب عليك معرفتها كي تسهل عليك فهم سرعة الضوء في الماء