ما هو الضوء الفيزيائي؟ لقد اهتم العلماء والباحثون بدراسة الضوء على مر السنين لما له من أهمية كبيرة، وفي هذه المقالة سنناقش الضوء الفيزيائي ومصادر الضوء وسرعته وغير ذلك – خصائصه الأخرى، وطبيعتها الموجية والجسيمية.
حول الضوء المادي
- يشير الضوء الفيزيائي إلى دراسة الضوء وطبيعته وخصائصه الفيزيائية والنظريات المختلفة التي طورها العلماء، ويعتبر الضوء من أولى الظواهر الطبيعية التي جذبت انتباه العلماء والباحثين.
- الضوء هو شكل من أشكال الطاقة، وهو مزيج من الموجات الكهربائية والمغناطيسية. هذه موجات كهرومغناطيسية ذات أطوال موجية مختلفة، لأنها تشمل جميع الأطوال الموجية.
- لها خواص كثيرة، وتهتم الفيزياء بدراستها وتفسيرها، ومن خصائصها التداخل، والحيود، والانتشار، والتشتت، والانعكاس والتشتت، والظاهرة الكهروضوئية، والاستقطاب.
انظر أيضاً: إنجازات العلماء في سرعة الضوء وكيفية قياسها
مصادر الاضاءة
- مصادره عديدة، ولعل أشهرها المصادر الحرارية، وهي أي جسم يصدر درجة حرارة معينة، ويصدر نفس خصائص الطيف الضوئي، ومن أهم مصادر الحرارة الشمس.
- يمكن رؤية هذا الانبعاث من الشمس عند درجة حرارة حوالي 6 آلاف درجة جلفانية، ومن مصادر الحرارة أيضًا المصابيح المتوهجة.
- هناك مصادر ضوئية كيميائية، وهي عبارة عن إشعاع ناتج عن مواد كيميائية، وهناك تلألؤ بيولوجي، يظهر في الأجسام الحية، مثل اليراعات التي تنتج الطاقة بهذه الطريقة.
- هناك أيضًا آليات الإضاءة الحيوية والصوتية والكهربائية والاحتكاكية، بالإضافة إلى إشعاع الفلاش وشيرينكوف، وكلها تعمل على إنتاج الضوء.
سرعة الضوء
- سرعة الضوء في الفراغ هي 3 * 10 مرفوعة إلى قوة ثمانية أمتار في الثانية، وهي سرعة ثابتة، وعلى الرغم من اختلاف الأطوال الموجية لموجات الضوء إلا أنها تتمتع بنفس السرعة.
- يُشار إلى سرعة الضوء في الفراغ بالحرف c، ويتم تحديده من العلاقة c = λ، بينما يتم تمثيل سرعة الضوء في الوسائط خارج الفراغ بالحرف v، وسرعة الضوء بداخله أصغر من سرعة الضوء. السرعة في الفضاء.
- يرتبط هذا بالاختلاف في معامل الانكسار للوسط n حيث n = c / v، وبما أن c دائمًا أكبر من v، فإن معامل الانكسار للوسائط أكبر من n> 1.
طبيعة موجة الضوء
- يتكون الضوء من العديد من الموجات الكهرومغناطيسية، تختلف عن الأنواع المعروفة من الموجات مثل موجات الماء، وللموجات الضوئية العديد من الخصائص.
- هذه سمة من سمات الأطوال الموجية مثل الطول الموجي λ، وهي المسافة بين قمتي نموذج الموجة، والتردد f، والتي يمكن تعريفها على أنها عدد الدورات التي تحدث خلال وحدة زمنية.
- سعة الموجة a هي المسافة القصوى بين القمة وعكسها أعلى وأسفل خط نمط الموجة، والفترة T هي الوقت الذي تحدث خلاله دورة كاملة.
ضوء مثل الجسيمات
- في عام 1905، اقترح العالم ألبرت أينشتاين نموذجًا يتصرف فيه الضوء كجسيم، وأطلق على هذه الجسيمات فوتونات.
- حيث يعتقد أن الضوء الذي يأتي من مصدر مثل المصباح، على سبيل المثال، يكون على شكل شعاع يتكون من عدد كبير من الفوتونات التي تسير في خط مستقيم.
- حسب ما تم ذكره عن طبيعة الضوء كموجة أو جسيم، يمكن تحديد أن الضوء مزدوج بينهما، لأنه يتصرف كموجة في بعض الظروف، بينما يتصرف كجسيم في ظروف أخرى.
خصائص الضوء
1- الحيود والانتشار
- يسمى انتشار الضوء في خط مستقيم الانعراج، وهذا الانعراج يرجع إلى حقيقة أن الضوء يتصرف مثل الموجة.
- تستخدم خاصية الانعراج لدراسة ألوان شعاع الضوء، وهي مفيدة في تطوير التلسكوبات المستخدمة في أبحاث الفضاء، مما يساعد على معرفة المواد التي تتكون منها النجوم.
2- انعكاس الضوء
- يمكن تعريف انعكاس الضوء على أنه ارتداد أشعة الضوء عند ملامستها لسطح، حيث ينعكس جزء من أشعة الضوء، بينما يتم امتصاص الجزء الآخر، ويخضع الجزء لتشكيل ظاهرة الانكسار.
- إذا اصطدم شعاع بسطح عاكس بزاوية سقوط معينة، وهي ليست متعامدة عليه، فإنه ينعكس بزاوية تساوي زاوية السقوط، وتقاس الزاوية على طول الخط العمودي أعلاه.
يتم حساب شدة الشعاع المنعكس باستخدام قانون مقارنة مؤشرات الانكسار للوسيطين، وظاهرة الانعكاس لها فوائد عديدة، ومن تطبيقات الانعكاس العام صنع منشور مثلثي. - وكذلك إنتاج الألياف الضوئية التي تستخدم في مجال الاتصالات مثل الإنترنت حيث تعمل على نقل المعلومات بسرعة وكذلك استخدامها في مجال الطب.
3- انكسار الضوء
- يمكن تعريف ظاهرة انكسار الضوء على أنها تغير في مسار شعاع الضوء عندما يمر عبر وسيطين مختلفين الشدة. عندما تمر أشعة الضوء من وسط شفاف إلى آخر، يحدث انكسار الضوء.
- يوضح ما يسمى بقوانين Snell-Descartes كيفية حساب زاوية الانكسار، من خلال العلاقة، حيث n1 هو مؤشر الانكسار للوسيط الأول، و n2 هو مؤشر الانكسار للوسيط الثاني.
- يتضح من العلاقة أنه كلما ارتفع معامل الانكسار، قلت زاوية الانكسار، والعكس صحيح.
4- الظاهرة الكهروضوئية
- تحدث هذه الظاهرة عندما تصطدم الحزمة الكهرومغناطيسية بسطح معدني، مما يؤدي إلى إطلاق الإلكترونات على هذا السطح.
- يتم تحديد ذلك لأن الإلكترونات المتصلة بالذرات السطحية تمتص جزءًا من طاقة الإشعاع الكهرومغناطيسي، مما يؤدي إلى اكتساب الإلكترونات طاقة حرارية وتحريرها.
- لا تعتمد طاقة الإلكترونات المحررة على شدة الإشعاع، بينما تعتمد على الطول الموجي للإشعاع، بينما تزداد شدة الإشعاع مع زيادة عدد الإلكترونات المحررة.
- وأوضح ألبرت أينشتاين أن الضوء يتكون من كمات منفصلة للطاقة تسمى الفوتونات، ولكل فوتون طاقة تساوي E = hv، حيث h هو ثابت بلانك، و v هو التردد.
انظر أيضًا: ما الفرق بين الضوء والضوء؟
استخدام الضوء
للضوء فوائد عديدة في مجالات صناعية متنوعة، منها:
- تُستخدم الأشعة فوق البنفسجية في عملية تطهير الأجسام، كما تُستخدم في صنع التلسكوبات المستخدمة في أبحاث الفضاء واكتشاف النجوم.
- تستخدم الأشعة السينية في الأشعة.
- تستخدم موجات الراديو في أجهزة الاتصال.
- تستخدم الألياف الضوئية، التي أساسها الانعكاس العام للضوء، في الطب، ولصنع كابلات نقل المعلومات في مجال الاتصالات.
- تستخدم أشعة جاما لتكوين خلايا الوقود في محطات الطاقة النووية.
- تستخدم أفران الميكروويف لعمل أفران ميكروويف لطهي الطعام.
النظرية العامة لنسبية الضوء
- درس العالم بلانك الطاقة المشعة المنبعثة من الأجسام الساخنة مثل الشمس، وحسب أن الطاقة وفقًا للقانون E = hf، وأن شعاع الضوء يتكون من عدة فوتونات.
- تلقت هذه الفرضية فائدة كبيرة من العالم ألبرت أينشتاين، الذي وضع اقتراحًا بناءً على هذه الفرضية، وهو أن الضوء ينتشر في فراغ على شكل العديد من الفوتونات.
- اقترح أن الضوء يتصرف مثل الجسيم (الفوتون) في الفراغ، لكن هذا يتعارض مع نظرية موجات الضوء، ثم عارض فكرة أن الضوء يعمل كجسيم، وأيد فكرة نظرية الموجة.
- بعد ذلك، في عام 1924، وضع العالم دي بروي مبدأ ينص على أن الضوء يتصرف بصفات مزدوجة، لأنه يتصرف كموجة في بعض الظروف، ويتصرف كجسيم في ظروف أخرى.
- وبالتالي، فإن سلوك الضوء كموجة يتوافق مع نظرية ماكسويل، وبالتالي يساعد في تفسير ظواهر الانعكاس والانكسار وغيرها من الخصائص.
- بينما تتفق نظريات ماكسويل وآينشتاين على طبيعة الضوء كجسيم (الفوتون)، وبالتالي تساعد في تفسير ظاهرة كومبتون، ظاهرة تفاعل الضوء مع المواد، إلخ.
أنظر أيضا: دراسة نظرية انعكاس الضوء في المرايا
في نهاية هذا المقال عن ما هو الضوء الفيزيائي؟ سنتحدث عن الضوء الفيزيائي، والمصادر المختلفة للضوء، وسرعته، وخصائصه المختلفة، والظاهرة الكهروضوئية، ونظرية نسبية الضوء، وبعض استخداماته. .