تعريف سرعة الضوء في الماء هو موضوع يجب دراسته أو قراءته على الأقل، خاصة إذا كنت طالبا في مجال العلوم. ومن المعروف أن سرعة الضوء في الهواء تبلغ حوالي 1.07 مليار كيلومتر في الساعة.
ما هو الضوء؟
- من المعروف أن الضوء هو جزء من الإشعاع الكهرومغناطيسي، ويمتد عبر نطاق معين من الترددات للإشعاع.
- بخلاف معظم الموجات الكهرومغناطيسية التي لا يمكن للإنسان رؤيتها، الضوء مرئي للعين البشرية.
- تعتمد رؤية الألوان بشكل أساسي على خصائص الضوء المرئي، بالإضافة إلى قدرة العين البشرية والدماغ على تفسير هذه الألوان.
- قدرة العين البشرية على رؤية الأطوال الموجية تتراوح من 700 نانومتر، وهو اللون الأحمر، إلى 400 نانومتر، وهو اللون البنفسجي
- يعتقد الكثيرون أن الأجسام لديها ألوان، ولكن الحقيقة هي أن الضوء ينعكس عن سطح هذه الأجسام، وبالتالي نرى هذه الألوان.
كما أقدم لك: مفهوم وطبيعة الضوء في الفيزياء
سرعة الضوء
- بالنسبة لسرعة الضوء في الماء، من الأهمية معرفة سرعة الضوء في الهواء أيضا، حيث تصل سرعة الضوء إلى 299792458 مترا في الثانية الواحدة، و1.07 مليار كيلومتر في الساعة.
- الضوء هو أسرع شيء يتحرك في هذا الكون، إذا كان للإنسان القدرة على التحرك بهذه السرعة، فسيكون بإمكانه أن يدور حول الأرض 7 مرات ونصف في الثانية الواحدة
- على سبيل المثال، سرعة الطائرة المتوسطة تبلغ 800 كيلومتر في الساعة، أي أنها تحتاج إلى خمس دورات حول الأرض بتلك السرعة لتكمل دورة واحدة.
- حتى يحدث انتقال الضوء من كوكب الأرض إلى القمر، يستغرق ذلك ثانية واحدة فقط، وتقدر المسافة بين القمر وكوكب الأرض بحوالي 384398.24 كيلومتر.
- عندما يرغب الضوء في الانتقال من الشمس إلى كوكب الأرض، يحتاج إلى 8 دقائق، لأن المسافة بينهما تقريبا 149597886 كيلومتر.
- وبناء على هذا الأساس، يتم استخدام سرعة الضوء لقياس المسافات الفلكية، حيث نقول إن النجم الأقرب للمراقبة يبعد عن كوكب الأرض مسافة 4.25 سنة ضوئية.
- بمعنى أنه إذا انتقلنا من كوكب الأرض إلى أقرب نجم، سنحتاج إلى 4 سنوات و3 أشهر للوصول إليه!
مقدمة عن سرعة الضوء في الماء
- سرعة الضوء ليست ثابتة، حيث يمكن أن تتغير وفقا للوسط الذي يسافر فيه الضوء، وإذا لم يكن الضوء يسافر في الفراغ، فإن سرعة الضوء تكون أقل.
- عندما يمر الضوء عبر أي مادة في الفراغ، حتى لو كانت الأمر مجرد غبار، يتعرض الضوء للانكسار نتيجة التصادم مع جزيئات المادة المعاكسة له.
- تؤدي الحالة السابقة إلى انخفاض سرعة انتشار الضوء، وهذه هي المعلومات الرئيسية التي يجب أن تعرفها عن سرعة انتشار الضوء في الماء.
- دليل انكسار المادة هو قيمة انخفاض سرعة الضوء في الوسط الذي يمر به، وعادة ما تكون قيمة دليل انكسار المادة أكبر من 1 في معظم الحالات.
- العالم جين فوكو هو من اكتشف هذه الحالة، وعلى سبيل المثال، إذا كان معامل انكسار الهواء يساوي 1.0003، فهو نسبة عالية جدا في الهواء الذي يكون معامل انكساره 1.
- دليل انكسار الماء هو 1.33، ولحساب سرعة الضوء في الماء أو أي وسط آخر، نستخدم قانون (السرعة = ثابت سرعة الضوء / دليل انكسار الوسط).
سرعة الضوء في الماء
- عندما يدخل ضوء الشمس إلى الماء من خلال سطح البحر، يتعرض للانكسار بسبب اختلاف سرعته في الماء عن سرعته في الهواء، كما يتعرض للاستيعاب والتشتت عبر الجسيمات الصلبة.
- في أول 10 أمتار من سطح البحر، يتم امتصاص معظم الألوان المرئية للضوء، ولا يمكن للضوء أن يخترق أكثر من 150 مترا تحت سطح البحر، حتى إذا كان الماء خاليا من الشوائب.
- يعتمد امتصاص الضوء في الماء أو تشتته على طول الموجة، حيث يستطيع الأطوال الموجية الطويلة مثل الأحمر اختراق سطح البحر حتى 15 مترا.
- أما العمق الأصفر، فيمتد إلى عمق 30 مترا تحت سطح البحر، والعمق البرتقالي 50 مترا تحت سطح البحر.
- الأمواج ذات الطول الموجي الطويل مثل الأشعة فوق البنفسجية والأخضر والأزرق، يمكن أن تنتشر في أعماق أكبر تحت سطح البحر.
كما أقدم لك: ما الفرق بين النور والضوء؟
طبيعة الضوء
- في مقدمة عن سرعة الضوء في الماء، سأخبرك ببعض المعلومات الهامة عن طبيعة الضوء، والتي ستسهل عليك فهم كيفية انتشار الضوء في الماء.
- في القرن التاسع عشر، تم اكتشاف نوعين مختلفين للضوء من قبل العلماء، الأول يفيد بأن الضوء هو شعاع، والثاني يفيد بأن الضوء هو موجات.
- قد فسرت النظرية معظم خصائص الضوء المعروفة للجميع، وتشمل الانعكاس والتشتت والانكسار.
- في بداية القرن التاسع عشر، أجرى العالم الفيزيائي توماس يونج تجربة تعرف باسم `تجربة يونج المنقسمة`، والتي تتضمن تسليط الضوء عبر ثقب صغير على بطاقة رقيقة تحتوي على ثقبين.
- وراء البطاقة الرقيقة يوجد شاشة، وتم التوصل إلى أن الضوء له طبيعة موجية من خلال هذه التجربة.
- في بداية القرن العشرين، أشار العالمان بلانك وأينشتاين إلى أن الضوء يتكون من حزم ضوئية تحمل طاقة، وسميت هذه الحزم الضوئية بالفوتونات.
- وباستخدام هذه النظريات، تم تفسير طبيعة الضوء كموجات وجسيمات.
خصائص الضوء
- لفهم سرعة انتشار الضوء في الماء، يجب دراسة خصائص الضوء، وأول خاصية هي انعكاسه.
- عندما يسقط الضوء على المرآة، وهي سطح أملس، فإن الضوء سينعكس من سطح المرآة بنفس الزاوية التي سقطت بها، وهذه هي خاصية الانعكاس.
- الانتشار هو عندما يسقط الضوء على سطح غير سلس، فينعكس الضوء في جميع الاتجاهات.
- خاصية الانتشار ذات أهمية قصوى، حيث تمكن البشر من رؤية زوايا متعددة، على سبيل المثال عندما يسلق الضوء على الورقة وينتشر، يتسنى للفرد قراءة الورقة من دون الحاجة لتغيير زاوية القراءة.
- الانكسار هو خاصية أخرى للضوء، حيث يمر الضوء من خلال وسطين شفافين مثل الماء والهواء، وبالتالي يتغير سرعة الضوء وينحني بزاوية عمودية حسب زاوية السقوط.
- تسمى ميل الضوء زاوية الانكسار، وتعتمد قيمة هذه الزاوية على قدرة انحناء الضوء في وسط معين.
- التداخل، ومعناه أن الموجات الضوئية تتشكل من قمم وقيعان، تتجمع معا بحيث تكون هناك نوعان من التداخل، التداخل البنائي والتداخل الهدام.
- التداخل البنائي يحدث عندما تتعامد موجتين ضوئيتين، مما يؤدي إلى اصطدام بين قمتيهما وتشكيل قمة أقوى تعكس الضوء بشكل أكبر.
- أما التداخل الهدام، فهو التقاء قمة موجة ضوئية مع قاع موجة ضوئية أخرى، مما ينتج عن هذا التصادم منطقة مظلمة، وتم اكتشاف التداخل الهدام من قبل العالم توماس يونج.
إليك من هنا: كم تبلغ سرعة الضوء في الثانية الواحدة؟
الإشعاع الكهرومغناطيسي
- الإشعاع الكهرومغناطيسي هو نوع من أنواع الطاقة المتنوعة.
- تشمل الإشعاع الكهرومغناطيسي موجات الراديو والأشعة السينية وموجات الميكروويف وأشعة الشمس وأشعة جاما.
- الإشعاع المرئي يعد من أنواع الإشعاع الكهرومغناطيسي.
يبحث العديد من طلاب العلوم عن مقدمة حول سرعة انتشار الضوء في الماء، وتختلف سرعة الضوء اعتمادا على الوسط الذي يمر به، وهناك بعض المفاهيم الهامة التي يجب معرفتها لتسهيل فهم سرعة انتشار الضوء في الماء
