سرعة الضوء التقريبية، عبر التاريخ تم إجراء العديد من المحاولات لقياس سرعة الضوء، فمن المنطق التفكر في قانون السرعة الذي ينص على أن سرعة الضوء تساوي المسافة مقسمة على الزمن.
سرعة الضوء
- سرعة الضوء في الفراغ تبلغ 299.7 كيلومتر في الثانية، وحاليا يتم استخدام سرعة الضوء لقياس وحدة المتر، حيث تعتبر ثابتة فيزيائيا ومقياسا دوليا للوقت.
- في معظم الحالات العلمية، يمكن اعتبار الضوء متحركا فورا بسبب سرعته الكبيرة، مثل قياس المسافة بين النجوم وبينا، أو في قياس تجارب الزمن يجب أخذ سرعة الضوء في الاعتبار.
شاهد أيضًا: طبيعة الضوء ونظرياته المختلفة
أهمية سرعة الضوء
- تعتبر أهمية الضوء أوسع وأشمل من دورها في وصف خصائص الموجات الكهرومغناطيسية، لأن سرعة الضوء ثابتة في الطبيعة.
- تعتبر السرعة القصوى لانتشار الإشارات وجميع الجسيمات المادية مطبقة عليها المعادلة الشهيرة ط = ك س2، وهذا يعني أن سرعة الضوء ثابتة وترتبط بالطاقة بين الكتل المتفاوتة للأجسام.
الدراسات التي أجريت لقياس سرعة الضوء
- قام العالم جاليليو بالمساعدة المشتركة مع اثنين من مساعديه في تجربة لقياس سرعة الضوء، من خلال وقوف كل من مساعديه على جبل يفصل بينهما مسافة 10 كيلومترات.
- ثم قام بإعطاء كل منهما فانوسا مغطى، وعندما يفتح أحدهما الفانوس، يفتح الآخر الفانوس عندما يرى الضوء الخارج من الفانوس الأول، وتم تسجيل الوقت الذي يستغرقه الكشف عن الفانوس الأول والثاني.
- الزمن الذي استغرقه الضوء لقطع المسافة بين الجبلين هو سرعة الضوء، ولكنه كان لحظيا، ولم يتمكن من تسجيل الزمن هنا. عرف جاليليو أنه من المستحيل قياس سرعة الضوء بهذه الطريقة.
- العالم الدانماركي رومر هو من قام بأول محاولة ناجحة لقياس سرعة الضوء، حيث قام بمراقبة قمر كوكب المشتري إيو ولاحظ أنه يستغرق 42 ساعة لإكمال دورة حول الكوكب.
- على الرغم من أن كوكب المشتري يحتاج إلى 12 عاما ليكامل دورته حول الشمس، فإنه إذا حدثت تغيرات في الأرض بزاوية 90 درجة، فإن المشتري سيقطع مسافة تعادل 7.5 درجة.
- يجب أن يكون للقمر ثبات في دورته، وإذا تغير وقت إكمال هذه الدورة، فذلك يعني أنه سيتباطأ أو يتسارع، وإذا تأخر فسيصطدم بالمشتري.
- إذا تسارع، سيصبح حرا في الفضاء، لكن لم يحدث شيء من ذلك، مما يعني أن القمر أيو لديه دورة ثابتة في وقت محدد ومنتظم.
هل سرعة الضوء مقدار ثابت؟
- يتحرك الضوء من مكان إلى آخر عن طريق الموجات، مشابها لما يحدث في الصوت، وبالتالي، تعتمد سرعة الضوء على نوع الوسيط الذي يمر به.
- علميا، لا يوجد شيء أسرع من الضوء في الفراغ، ولكن عندما يمر الضوء في وسط غير الفراغ، فإن ذلك سيؤثر على سرعته، على سبيل المثال، عندما يمر الضوء في الهواء الذي يحتوي على الغبار.
- من المحتمل أن تتأثر سرعة الضوء بسبب تصادم الموجات بجزيئات الغبار، مما يؤدي إلى انخفاض سرعة الضوء، ولذلك نتوصل إلى وجود علاقة مباشرة بين سرعة الضوء والوسط الذي يمر به.
وحدة قياس شدة الضوء
هناك أكثر من طريقة لقياس سرعة الضوء، وتختلف وحدة القياس اعتمادا على طريقة القياس المستخدمة، ومن بين وحدات قياس سرعة الضوء المعروفة هي:
- يتم قياس الضوء بوحدة القنديلة أو الشمعة، وتستخدم هذه الوحدة لقياس شدة الضوء في اتجاه محدد، ويرمز لهذه الوحدة بالرمز cd.
- تتم قياس الضوء بوحدة الشمعة القدمية، وتستند هذه الوحدة إلى قياس شدة إضاءة شمعة واحدة عند بعد قدم واحد، ويرمز لهذه الوحدة بالرمز fc.
- يتم قياس الضوء بوحدة اللومين التي تحسب كمية التدفق الضوئي، ويرمز لها بالاختصار lm، ويتم قياس الإضاءة بوحدة اللكس، وتحدد هذه الوحدة كمية اللومين لكل متر مربع، وتعادل حوالي 2 لكس.
خصائص الضوء
1- الحيود والانتشار
- إحدى أبرز خصائص العين المجردة هي وضوح الضوء، حيث ينتشر في خط مستقيم، ويطلق على هذا النوع من الانتشار اسم الحيود.
- التحريك يحدث بسبب حقيقة أن الضوء يتصرف كموجة، وعندما يمر الضوء عبر فتحة صغيرة أو حافة أو جسم صغير، تنتشر الموجة.
2- انكسار وتشتت الضوء عند اصطدامه بالجسم
ثم يقوم هذا الجسم بالاحتفاظ بالطاقة وإعادة انبعاثها في جميع الاتجاهات، وتسمى هذه الظاهرة الانعكاس.
3- التداخل الضوء في كل حالاته
تعرف الموجات بأنها لها قمم وأودية، وعندما تتقاطع موجتان ضوئيتان من نفس النقطة، يتداخلان مع بعضهما، وبالتالي يجتمعان أو يتعارضان.
4- الاستيعاب عندما يدخل الضوء مادة شفافة
- تتلاشى بعض طاقتها على شكل حرارة، وتفقد جزءا من قوتها عندما يتم امتصاص الطاقة بشكل انتقائي عبر طول موجي للضوء.
- عندما يمر الضوء من خلال المادة، يظهر فقط في الأطوال الموجية التي لا تتم امتصاصها، وبعد ذلك يتم دراسة الأطوال الموجية المرسلة كلون، وتسمى هذه الأطوال الموجية لون امتصاص المادة.
- يتم تصنيف الضوء حسب قوته وضعفه، حيث يتم توجيه الضوء القوي نحو نقطة محددة دون تشتيته، بينما قد يكون الضوء الضعيف من مصدر منتشر.
شاهد أيضًا: إنجازات العلماء في سرعة الضوء وكيفية قياسه
5- الشدة
تعتمد شدة الضوء في موقع معين على مصدر الضوء الذي يتم توجيهه نحوه، واتجاه انبعاث هذا الضوء، وتختلف شكل الأشياء بناء على زاوية سقوط الضوء.
أهمية الضوء
- يحتاج الفرد إلى رؤية ما حوله، وهذا أيضا مفيد للنباتات لأداء وظائفها الفسيولوجية، حيث يساعد الضوء النباتات في تصنيع غذائها من خلال العملية الضوئية.
- يؤثر الضوء بطريقة غير مباشرة على التنفس، فإذا تمت عملية التصنيع الضوئي بطريقة كاملة سيطلق النبات الأكسجين ويمتص ثاني أكسيد الكربون.
- يستخدم أيضا في إنارة المنازل وإضاءة المنارات لتوجيه السفن أثناء الليل، وأيضا في إنارة الشوارع، ويستخدم لتحديد طرق هجرة الطيور والأسماك من بيئة إلى أخرى.
- يشفي الضوء الناجم عن أشعة الشمس مرض الكساح للأطفال والرضع، من خلال تعويض نقص في فيتامين د، الذي يسبب العديد من الأمراض ذات الصلة بالنمو.
كيف يرى الإنسان الضوء؟
- عندما يتعرض جسم ما للضوء، يقوم هذا الجسم بامتصاص جزء من الضوء ويعكس جزءا آخر، وتعتمد الأطوال الموجية الممتصة والمنعكسة على خصائص الجسم نفسه.
- عندما ننظر إلى جسم ما، تعكس موجات الضوء من سطح الجسم وتدخل في شبكية العين الحساسة للضوء. ثم تتساقط المخاريط الموجودة في شبكية العين بشكل مختلف وفقا لحساسيتها للألوان المختلفة.
- هنا يتم نقل الإشارة التي تنتج عن العصب البصري إلى القشرة البصرية في الدماغ، حيث يتم تحليلها، ويتميز الإنسان عن الحيوان في قدرته على تمييز الألوان، نظرا لطبيعة المخاريط لديه.
- ومع ذلك، بعض الحيوانات مثل الطيور تحمل عددا أكبر من المخاريط، مما يجعلها قادرة على رؤية أطوال موجية غير مرئية للإنسان مثل الأشعة فوق البنفسجية.
شاهد أيضًا: كم تبلغ سرعة الضوء في الثانية الواحدة؟
في نهاية رحلتنا مع سرعة الضوء التقريبية، شرحنا الدراسات التي تمت لقياس سرعة الضوء، وتناولنا وحدات القياس المختلفة وأهمية الخصائص الرئيسية لهذه السرعة.
