سرعة الضوء التقريبية
عبر التاريخ تم إجراء العديد من المحاولات لقياس سرعة الضوء فمن المنطق التفكير في قانون السرعة الذي ينص على أن سرعة الضوء تساوي المسافة مقسومة على الزمن.
سرعة الضوء
- سرعة الضوء في الفراغ تصل إلى 299.7 كم / ثانية، فحاليًا تستخدم سرعة الضوء لكي تعرف وحدة المتر، باعتبارها ثابته فيزيائيًا ومعيار دولي لقياس الوقت.
- في معظم المواقف العلمية، يمكن اعتبار الضوء بانه يتحرك على الفور، ذلك لان سرعته كبيرة جدًا مثلًا قياس المسافة بين النجوم وبيننا، أو في قياس تجارب الوقت فيجب مراعاة سرعة الضوء.
أهمية سرعة الضوء
- تعتبر أهمية الضوء أوسع وأشمل من دورها في وصف خصائص الموجات الكهرومغناطيسية، ذلك لأن سرعة الضوء تعتبر ثابتة في الطبيعة.
- تعتبر الحد الأعلى لسرعة انتشار الإشارات، وكل الجسيمات المادية، حيث تطبق عليها المعادلة الشهيرة ط = ك س2، بمعنى أن سرعة الضوء ثابتة وتربط بين الكتل المتفاوتة للأجسام بالطاقة.
الدراسات التي أجريت لقياس سرعة الضوء
- قام العالم جاليليو بمساعدة اثنين من مساعديه بتجربة لقياس سرعة الضوء، من خلال قيام كل من مساعديه بالوقوف على جبل يفصل بينهما مسافة 10 كيلومتر.
- ثم اعطى لكل منهما فانوس مغطى، فعند فتح أحد المساعدين الفانوس يقوم الأخر بفتح الفانوس عندما يرى الضوء من الفانوس الأول، وقام بتسجيل الزمن بين الكشف عن الفانوس الأول والثاني.
- ويعتبر هذا الزمن الذي قطع المسافة بين الجبلين هو سرعة الضوء، ولكن كان الأمر لحظيًا، ولم يتمكن من تسجيل الزمن هنا عرف جاليليو أنه من المستحيل قياس سرعة الضوء بهذه الطريقة.
- يعتبر العالم الدانماركي رومر هو صاحب أول محاولة ناجحة لقياس سرعة الضوء، ذلك من خلال رصد قمر كوكب المشتري أيو، حيث لاحظ انه يحتاج إلى 42 ساعة إلى أن يكمل دورة كاملة حول الكوكب.
- في حين أن كوكب المشتري يحتاج إلى 12 سنة أرضية لكي يدور حول الشمس، بمعنى أنه إذا تحركت الأرض بمقدار 90 درجة فإن المشتري سيقطع مسافة قدرها 7.5 درجة.
- فهنا يجب أن يكون لقمر أيو دورة ثابتة، وإذا تغير وقت إتمام هذه الدورة، فهذا يعني انه يتباطأ أو يتسارع، ففي حالة إذا كان يتباطأ فسوف يقع على المشتري.
- بينما إذا كان يتسارع فسوف يصبح حرًا في الفضاء، ولكن لم يحدث أي شيء من هذه الأمور، مما يعني أن القمر أيو يمتلك دورة ثابتة، بوقت ثابت ومنتظم.
هل سرعة الضوء مقدار ثابت؟
- الضوء ينتقل من طريق إلى أخر عن طريق الموجات، كالذي يحدث في الصوت، لذلك فإن سرعة الضوء تعتمد على نوع الوسيط الذي من خلاله يمر الضوء.
- علميًا لا يوجد شيء أسرع من الضوء في الفراغ ولكن عند مرور الضوء في وسط غير الفراغ، فذلك سوف يؤثر على سرعته، مثلًا مرور الضوء في الهواء الذي يحتوي على الغبار.
- فمن الممكن أن تتأثر سرعة الضوء بسبب اصطدام موجات بجزيئات الغبار، مما يؤدي إلى الانخفاض في سرعة الضوء، ولهذا توصلنا إلى أنه يوجد علاقة مباشرة لسرعة الضوء مع الوسط الذي يمر به.
وحدة قياس شدة الضوء
هناك أكثر من طريقة لقياس سرعة الضوء وتختلف وحدة قياسها باختلاف طريقة القياس، فمن وحدات قياس سرعة الضوء ما يلي:
- قياس الضوء بوحدة القنديلة يطلق عليها أيضًا الشمعة، هذه الوحدة تستخدم عند قياس شدة الضوء في اتجاه محدد، وهذه الوحدة يرمز لها بالرمز cd.
- قياس الضوء بوحدة شمعة قدم تقوم هذه الوحدة على أساس قياس شدة إضاءة شمعة واحدة من بعد قدم واحد، وهذه الوحدة يرمز لها بالرمز fc.
- قياس الضوء بوحدة لومن هذه الوحدة تقوم بحساب التدفق الضوئي، هذه الوحدة يرمز لها بالرمز lm، قياس الضوء بوحدة اللكس تقدر هذه الوحدة للإضاءة بلومن لكل متر مربع، ويساوي اللكس ما يقرب من 2 متر.
خصائص الضوء
1- الحيود والانتشار
- يعتبر من أكثر الخصائص وضوحًا للعين المجردة هو الضوء فهو ينتشر بخط مستقيم، وهذه النوع من الانتشار يسمى الحيود.
- الحيود ناتج من الحقيقة التي تقول إن الضوء يتصرف كموجة، وتنتشر موجة الضوء عند مرورها من خلال فتحة صغيرة، أو من خلال حافة أو جسم صغير.
2- الانعكاس والتشتت عند اصطدام الضوء على الجسم
فإن هذا الجسم يحتفظ بالطاقة ثم يقوم بإعادة انبعاثها في كل الاتجاهات، هذه الظاهرة تسمى بالانعكاس.
3- التداخل الضوء في كل حالاته
يعرف بأنه موجات لكل منها قمة وقاع، فعند مرور موجتان ضوئيتان من نفس النقطة فإنهما يدخلان في بعضهما، لذلك فانهما يجتمعان أو يطرحان من بعض.
4- الامتصاص عند دخول الضوء إلى مادة شفافة
- فيتبدد بعض من طاقتها على شكل طاقة حرارية، فيفقدها بعض من قوتها وعند حدوث هذا الامتصاص للطاقة بشكل انتقائي لأطوال موجية للضوء.
- فإن الضوء الذي ينتقل من خلال المادة يظهر فقط في تلك الأطوال الموجية للضوء التي لا يتم امتصاصها، بعد ذلك يتم النظر إلى الأطوال الموجبة المرسلة على أنها لون، يسمى لون الامتصاص لتلك المادة.
- النوع حيث يتم تصنيفه على حسب قوته أو ضعفه، حيث أن الضوء القوي يكون موجه على نقطة ما دون تشتته، بينما الضوء الضعيف قد يكون من مصدر منتشر.
5- الشدة
فشدة الضوء تعتمد عند نقطة معينة على مصدر الضوء الموجه عليها، واتجاه إشعاع هذا الضوء، الاتجاه يختلف شكل الأشياء باختلاف زاوية سقوط الضوء.
أهمية الضوء
- الفرد يحتاج لرؤية الأشياء من حوله، وأيضًا مفيد للنبات لكي يقوم بنشاطاته الفسيولوجية، حيث يساعد الضوء النباتات على صنع غذائه من خلال عملية البناء الضوئي.
- يؤثر الضوء بطريقة غير مباشرة على التنفس، فإذا تمت عملية البناء الضوئي بطريقة كاملة سيبعث النبات الأكسجين وتمتص ثاني أكسيد الكربون.
- يستخدم أيضًا في إنارة البيوت وإضاءة المنارات لكي توجهه السفن أثناء الليل، وأيضًا إنارة الشوارع، ويقوم بتحديد مسارات هجرة الطيور، والأسماك من بيئة إلى أخرى.
- يعالج الضوء الناتج عن أشعة الشمس مرض الكساح لدى الأطفال والرضع، من خلال تعويض النقص في فيتامين د، الذي يتسبب في العديد من الأمراض التي تتعلق بالنمو.
كيف يرى الإنسان الضوء؟
- عند سقوط الضوء على جسم ما فإن هذا الجسم يقوم بامتصاص بعض من هذا الضوء ويعكس بعضه الأخر، حيث أن الأطوال الموجبة الممتصة والمنعكسة تعتمد على خصائص الجسم نفسه.
- فعند النظر إلى جسم ما فإن موجات الضوء تنعكس من على سطح الجسم، وتدخل في شبكية العين الحساسة للضوء، فتسقط المخاريط الموجودة في شبكية كل منها بشكل مختلف اعتمادا على حساسيتها للون معين.
- هنا تنتقل الإشارة التي تنتج عن العصب البصري إلى القشرة البصرية، في الدماغ فيقوم بتحليلها، ويتميز الإنسان عن الحيوان في تمييزه للألوان، نظرًا لطبيعة المخاريط لديه.
- ولكن هناك بعض الحيوانات مثل الطيور تمتلك عدد أكبر من المخاريط، حيث يجعلها قادرة على رؤية أطوال موجبة غير التي يراها الإنسان مثل الأشعة فوق البنفسجية.
رد مع اقتباس
