الطريقة المستخدمة لتحديد مسار الضوء في الهواء هي استخدام الإشعاعات الكهرومغناطيسية التي تشكل أجزاء ضيقة من الطيف الكهرومغناطيسي الكامل. هذه الأجزاء الضيقة هي التي يمكن للعين البشرية رؤيتها.
وينتقل هذا الضوء في عدة مسارات واتجاهات مختلفة، ويمكن تحديد هذه المسارات والاتجاهات وسنتعرف عليها في هذا الموضوع، وسنذكر أيضا بعض المعلومات الهامة حول الضوء.
طريقة تحديد مسار الضوء في الهواء
قبل أن نتعرف على كيفية تحديد مسار الضوء في الهواء، يجب علينا أولا أن نفهم مفهوم الضوء وأبعاده وخصائصه، وسنذكر ذلك في الجمل التالية.
مفهوم الضوء
الضوء يشير إلى الإشعاعات التي تتكون من الموجات الكهرومغناطيسية، والتي تنعكس على الأجسام الشفافة لنتمكن من رؤيتها بالعين المجردة.
الضوء يحمل ما يعرف بترددات مختلفة، وهي الألوان السبعة في الطيف، التي تعكسها العين وتترجمها العقل إلى ألوان تمثل تلك الترددات.
الألوان البنفسجية لديها طول موجي قصير جدا، والألوان الحمراء لديها طول موجي طويل جدا، أما الألوان البرتقالية والزرقاء والخضراء والصفراء فلديها أطوال موجية متوسطة.
شاهد أيضًا: مقدمة عن سرعة الضوء في الماء
أبعاد الضوء
يمتلك الضوء ثلاث أبعاد رئيسية، وهم:
- الزاوية الخاصة بالاهتزاز تعرف أيضا بالاستقطاب.
- ما يُعرف بالمطال أو الشدة.
- ما يُعرف بالتواتر أو اللون.
خصائص الضوء
- جميع الخصائص الضوئية تنطبق على الطيف الكهرومغناطيسي بشكل كامل، سواء كانت خصائص تتعلق بالبصر مثل الانعكاسات والانكسارات والانحرافات والاستقطاب والانتشار وغيرها.
- أو الخصائص المتعلقة بالموجة، فالضوء هو موجة كهربائية ومغناطيسية تتداخلان، لذلك يتمتع بخصائص موجية خاصة، فللضوء تردد، والتردد هو عدد تكرار الموجات لنفسها في وحدة زمنية، ويمتلك أطوال موجية.
- الطول الموجي هو المسافة بين قمة وقمة أخرى متتالية أو بين قاع وقاع آخر متتالي، بالإضافة إلى السعة. السعة الموجية تعني الارتفاع الخاص بالموجة أو التحرك عن نقطة التوازن. ارتفاع موجات تسونامي هو نفسه سعتها.
- تغير السرعة الضوئية عند انتقالها من وسط إلى آخر يعرف بالانكسار الضوئي، على شرط أن يكون لكل منهما معامل انكسار مختلف، وتقل السرعة الضوئية إذا تحرك الضوء من وسط ذو معامل انكسار أقل إلى وسط ذو معامل انكسار أكبر.
- وبالتالي، ستقترب الأشعة الضوئية من الخطوط العمودية الافتراضية على السطحين، والعكس صحيح، وعندما يتساقط الضوء على الأسطح الفاصلة بين وسطين مختلفين، يحدث انكسار جزئي للضوء، وينعكس الجزء الآخر.
- يتم تحديد قدر الانكسار والانعكاس وفقا لنوع المواد التي تشكل الوسط الثاني، والانعكاس الضوئي يشير إلى الشعاع الضوئي الذي يرتد عن الأسطح الفاصلة بين وسطين يحتوي كل منهما على معامل انكسار مختلف عن الآخر.
- تكون زاوية السقوط، التي تتكون بين الأشعة الساقطة والخط العمودي الافتراضي على السطح، متساوية مع زاوية الانعكاس، التي تتكون بين الخط نفسه والأشعة المنعكسة.
- عملية التشتت من الممكن تعريفها بالحقيقة التالية: لكل لون في الأطوال الموجية معامل انكسار يختلف عن الآخر، وهذا يؤدي إلى تحلل الضوء وظهور سبعة ألوان في طيف الضوء.
- فيما يتعلق بعملية الاستقطاب، تعرف بأنها تقوم بتقليل شدة الضوء من خلال السماح للموجة الضوئية بالمرور من خلال مركبة الموجة الضوئية بزاوية متساوية للزاوية التي تم استقطابها عليها. بالتالي، تكون الموجة الضوئية القادمة من مصدرها في حالة اهتزاز في اتجاهات مختلفة.
- لكن عند التأييد، يسمح المستأيد للموجات المهتزة بزوايا محددة بالمرور ثم يعكس الموجات الأخرى، وهو يقلل من شدة الإضاءة.
قد يهمك: مفهوم وطبيعة الضوء في الفيزياء
كيفية قياس السرعة الضوئية
على مر العصور، كان العلماء يحاولون دائما قياس سرعة الضوء، ومن الطبيعي التفكير في القانون الخاص بالسرعة، حيث تعادل السرعة ناتج قسمة المسافة على الزمن، ولكن في حالة الضوء الأمر ليس سهلا، حيث يتميز الضوء بسرعته العالية.
وحاول العالم جاليلو والعالم رومر قياس سرعة الضوء، ومن الجدير بالذكر أن أفضل نتيجة دقيقة كانت تلك التي أوضحت سرعة الضوء باستخدام الليزر والساعات الذرية.
بعد عام 1970، تطورت هذه الوسائل، مما حفز العلماء على إعادة قياس السرعة الضوئية للحصول على نتائج أدق.
في عام 1973 ميلادي، قام العالم إفانسون بقياس سرعة الضوء، وكذلك العديد من العلماء.
وتمكنوا من الحصول على قيم دقيقة جدا، وهي 299.792.457.4 متر/الثانية، وكانت نسبة الخطأ في القيمة السابقة تساوي ±1 متر/ثانية.
ثم تم استحداث قيم ثابتة لسرعة الضوء، وذلك بواسطة استخدام تقنيات عالية الدقة مثل الذرات والليزر، وتم تعريف المسافة بشكل مطلق يتفق عليه الجميع، ويعبر عن المسافة التي يقطعها الضوء في زمن محدد يساوي 299,792,458/1 ثانية.
ولذلك اتفق المجتمع الدولي على أن السرعة الضوئية تساوي 299،792،458 مترا في الثانية. تتميز هذه السرعة بالثبات في الفراغ ولا يمكن تغييرها بأي حال من الأحوال، ولا يوجد أي شيء مختلف قادر على التحرك بسرعة تزيد عن السرعة في الفراغ، وهي بالتالي تعتبر أعلى سرعة موجودة في الكون.
سرعة الضوء في الأوساط الأخرى
من الممكن الحصول على الأوساط الأخرى بقياسها أو باستخدام المعامل الخاصة بالانكسار.
وهو الذي يعبر عن قدر الانحراف الضوء عندما ينتقل من وسط إلى آخر، فمعامل الانكسار = السرعة الضوئية في الفراغ / السرعة الضوئية في الوسط.
من خلال هذا التعلق نستنتج أن معامل الانكسار لن يكون أقل من واحد، وهذا الواحد يحدث في حالة انتقال الضوء في الفراغ، ويرجع ذلك إلى أن الضوء ينتقل ببطء في الوسط، ويجدر بالذكر أن معامل الانكسار ليس له وحدة.
يمكن قياس السرعة الضوئية في وسائط أخرى مثل استخدام الليزر، بعد وضع مادة تحتاج إلى قياس السرعة الضوئية فيها بواسطة الليزر.
اخترنا لك: كم تبلغ سرعة الضوء في الثانية الواحدة؟
السنة الضوئية
تستخدم وحدة المسافة كوحدة قياس معروفة، ومع ذلك، قد يحدث بعض اللبس بسبب استخدام مصطلح `سنة`، مما يجعل بعض الناس يعتقدون أنها وحدة زمنية خاصة.
ومع ذلك، يتم استخدام وحدة المسافة المعروفة بالسنة الضوئية في النطاق المرتبط بالمجرة، وعندما نتحدث عن مسافة أكبر من المجرة، نستخدم وحدة مسافة أخرى تعرف بالفرسخ الفلكي.
السنة الضوئية هي المسافة التي يقطعها الضوء في عام جولياني واحد في الفراغ، والعام الجولياني يساوي 365.25 يوم.
وهي نفس العام الأرضي المستخدم في التقويم الشمسي، وببساطة، السنة الضوئية الواحدة = 9,460,730,472,580.8، أو تقريبا 9.46 × 1015 م.
طريقة تحديد مسار الضوء في الهواء
يسلك الضوء مسارات مستقيمة تماما ويستمر في مساره المستقيم حتى يصطدم بأي وسط آخر يقابله.
وبالتالي، يظل الضوء الذي يمر من خلال الهواء أو الماء أو أي شيء آخر، متجها في خط مستقيم، ما لم يتصادم مع سطح آخر.
عند إجراء التجارب الاستهلالية لتحديد مسار شعاع الضوء في الهواء، سنستنتج ما يلي:
- يقوم شعاع الضوء بالسير في خط مستقيم.
- يتغير مسار الضوء المستقيم عندما يصطدم بحاجز.
طرق تغيير مسار الضوء في الهواء
يمكن تغيير مسار الإشعاع الضوئي من خلال ثلاث طرق أساسية، وهي:
- الانعكاس الضوئي.
- الانكسار الضوئي.
- الامتصاص الضوئي.
في نهاية الموضوع وبعد أن تعرفنا على مفهوم الضوء وأبعاده وخصائصه، وطرق قياس سرعة الضوء، وتعرفنا أيضا على سرعة الضوء في وسط آخر، وتحدثنا عن السنة الضوئية، وأجبنا على سؤال المقال الذي يتمثل في “كيفية تحديد مسار الضوء في الهواء”، وذكرنا أيضا طرق تغيير مسار الضوء، ننصحكم بمشاركة هذا الموضوع في جميع وسائل التواصل الاجتماعي.
