مقدمة عن سرعة الضوء في الماء من الموضوعات التي يجب دراستها أو على الأقل قراءتها، خاصة إذا كنت طالب علوم، وتعلم أن الضوء ينتقل بسرعة 1.07 مليار كيلومتر في الساعة .. في الهواء.
ما هو الضوء؟
- من المعروف أن الضوء جزء من الإشعاع الكهرومغناطيسي، ويأتي في نطاق معين من ترددات الإشعاع.
- على عكس معظم الموجات الكهرومغناطيسية غير المرئية للإنسان، يكون الضوء مرئيًا للعين البشرية.
- تعتمد رؤية الألوان بشكل أساسي على طبيعة الضوء المرئي، بالإضافة إلى قدرة العين والعقل البشريين على تحليل هذه الألوان.
- يمكن للعين البشرية أن ترى أطوال موجية من 700 نانومتر، وهي حمراء، إلى البنفسجي بتردد 400 نانومتر.
- يعتقد الكثير من الناس أن الأجسام لها ألوان، ولكن الحقيقة هي أن الضوء ينعكس من سطح هذه الأشياء، وبالتالي فإننا نرى هذه الألوان.
أقدم لكم أيضًا: مفهوم وطبيعة الضوء في الفيزياء
سرعة الضوء
- في مقدمة لسرعة الضوء في الماء، من المهم أيضًا معرفة سرعة الضوء في الهواء، حيث تبلغ سرعة الضوء 299792458 مترًا في الثانية، و 1.07 مليار كيلومتر في الساعة.
- الضوء هو أسرع شيء في الكون، فإذا كان لدى الإنسان القدرة على التحرك بهذه السرعة يمكنه أن يدور حول الأرض 7 مرات ونصف في الثانية!
- على سبيل المثال، يبلغ متوسط سرعة الطائرة 800 كيلومتر في الساعة، مما يعني أنها تستغرق هذه السرعة 5 مرات للدوران حول الأرض لدورة واحدة.
- لكي ينتقل الضوء من الأرض إلى القمر، لا يستغرق الأمر سوى ثانية واحدة، وتبلغ المسافة بين القمر والأرض حوالي 384398.24 كيلومترًا.
- وإذا أراد الضوء أن ينتقل من الشمس إلى الكوكب، فيستغرق 8 دقائق، لأن المسافة بينهما تقارب 149597886 كيلومترًا.
- على هذا الأساس تُستخدم سرعة الضوء لقياس المسافات الفلكية، لذلك نقول إن أقرب نجم قنطور يبعد 4.25 سنة ضوئية عن الأرض.
- هذا يعني، إذا انتقلنا من كوكب الأرض إلى أقرب نجم قنطور، فسوف يستغرق الأمر منا 4 سنوات و 3 أشهر للوصول إليه!
مقدمة في سرعة الضوء في الماء
- سرعة الضوء ليست ثابتة، لأنها يمكن أن تتناقص حسب الوسط الذي ينتقل من خلاله الضوء، وإذا لم ينتقل الضوء في الفراغ، فإن سرعة الضوء هي القصوى.
- عندما يصادف الضوء أي مادة أثناء مروره في الفراغ، حتى لو كانت المادة غبارًا، فإن الضوء عرضة للانكسار، بسبب الاصطدام بين الضوء وجزيئات المادة ضده.
- الحالة السابقة تؤدي إلى انخفاض في سرعة الضوء، وهذه أهم المعلومات التي تحتاج لمعرفتها حول مقدمة لسرعة الضوء في الماء.
- معامل الانكسار هو المعدل الذي تتناقص فيه سرعة الضوء اعتمادًا على الوسيط الذي ينتقل عبره. في معظم الحالات، يكون معامل الانكسار للوسط أكبر من 1.
- الشخص الذي اكتشف هذه الحالة هو العالم جان فوكو، على سبيل المثال، عندما يكون معامل انكسار الهواء 1.0003، وهي نسبة كبيرة جدًا من معامل انكسار الهواء 1.
- أما معامل انكسار الماء فهو 1.33، ولكي نكون قادرين على حساب سرعة الضوء في الماء أو أي وسيط آخر، نستخدم القانون (السرعة = سرعة الضوء الثابتة / مؤشر انكسار الوسط).
سرعة الضوء في الماء
- يؤدي الاختلاف في سرعة الضوء في الماء عن سرعته في الهواء إلى انكسار ضوء الشمس عندما يخترق سطح المحيط، ويمتصه وينثره جزيئات صلبة.
- في أول 10 أمتار فوق مستوى سطح البحر، يتم امتصاص معظم طيف الضوء المرئي، ولا يمكن للضوء اختراق أكثر من 150 مترًا تحت مستوى سطح البحر، حتى لو كانت المياه خالية من الشوائب.
- يعتمد امتصاص أو تشتت الضوء بواسطة الماء على أطوال موجاته، لأن الأطوال الموجية مثل الأحمر، وهو طول موجي طويل، يمكن أن تخترق ما يصل إلى 15 مترًا تحت مستوى سطح البحر.
- أما اللون الأصفر فيبلغ 30 مترًا تحت سطح البحر والبرتقالي 50 مترًا تحت سطح البحر.
- يمكن العثور على أطوال موجية أطول، مثل البنفسجي والأخضر والأزرق، على عمق أكبر تحت المحيط.
أقدم لكم أيضًا: ما الفرق بين النور والنور؟
طبيعة الضوء
- في مقدمة عن سرعة الضوء في الماء، سأخبرك ببعض المعلومات المهمة حول طبيعة الضوء، والتي ستسهل عليك فهم كيفية انتقال الضوء في الماء.
- اكتشف العلماء في القرن التاسع عشر خاصيتين مختلفتين للضوء، الأولى هي أن الضوء شعاع، والثاني هو أن الضوء موجات.
- تشرح النظرية معظم خصائص الضوء التي يعرفها الجميع، وهي الانعكاس والتشتت والحيود.
- في بداية القرن التاسع عشر، أجرى الفيزيائي توماس يونغ تجربة تسمى “تجربة الشباب المشاغب”، والتي كانت تهدف إلى تسليط الضوء من خلال ثقب صغير في بطاقة رقيقة بها فتحتان.
- خلف البطاقة الرفيعة توجد شاشة، ومن المعروف أن الضوء له طبيعة موجية من خلال هذه التجربة.
- في بداية القرن العشرين، قال العالمان بلانك وأينشتاين إن الضوء يتكون من حزم ضوئية من الطاقة، والتي أطلق عليها اسم الفوتونات.
- بهذه النظريات تفسر طبيعة الضوء، وهي أن الضوء يتكون من موجات وجزيئات.
خصائص الضوء
- لفهم مقدمة عن سرعة الضوء في الماء، يجب دراسة خصائص الضوء، وأول خاصية هي خاصية الانعكاس.
- عندما يسقط الضوء على مرآة، على سبيل المثال، وهي سطح أملس، ينعكس الضوء من سطح المرآة بنفس الزاوية التي يسقط فيها، وهذه خاصية الانعكاس.
- التشتت، وهو عندما يسقط الضوء على سطح غير مستو وينتشر الضوء في كل الاتجاهات.
- تعتبر خاصية التشتت مهمة جدًا، لأنها تتيح للناس الرؤية من زوايا مختلفة، على سبيل المثال، إذا سقط الضوء على الورقة وتشتت، فيمكن للمرء قراءة الورقة دون الحاجة إلى تغيير زاوية القراءة.
- الانكسار، وهو خاصية أخرى للضوء، حيث يمر الضوء عبر وسيطين شفافين مثل الماء والهواء، وبالتالي تتغير سرعة الضوء، وينحني الضوء في خط عمودي على زاوية السقوط.
- يسمى هذا الانحناء بزاوية الانكسار، وتعتمد قيمة الزاوية على مقدار الانخفاض في سرعة الضوء في الوسط.
- التداخل، وهو ما يعني أن الموجات الضوئية تتكون من قمم وقيعان، تتجمع لتشكل نوعين من التداخل، التداخل البناء، والتداخل الهدام.
- التداخل البناء هو مرور موجتين ضوئيتين، ويحدث تصادم بين القمتين، وينتج عن التصادم أعلى قمة مما يعطي مزيدًا من الضوء.
- فيما يتعلق بالتداخل المدمر، فهو التقاء قمة موجة ضوئية بقاع موجة ضوئية أخرى، وينتج عن هذا الاصطدام منطقة مظلمة، وقد اكتشف العالم توماس يونغ التداخل المدمر.
ما مقدار سرعة الضوء في الثانية؟
الاشعاع الكهرومغناطيسي
- الإشعاع الكهرومغناطيسي هو شكل مختلف من أشكال الطاقة.
- تعتبر موجات الراديو والأشعة السينية والميكروويف وأشعة الشمس وأشعة جاما إشعاعًا كهرومغناطيسيًا.
- الضوء المرئي هو أيضًا نوع من الإشعاع الكهرومغناطيسي.
يبحث العديد من طلاب العلوم عن مقدمة عن سرعة الضوء في الماء، وتختلف سرعة الضوء باختلاف الوسط الذي ينتقل فيه، وهناك بعض المفاهيم المهمة التي تحتاج إلى معرفتها من أجل تسهيل إبداعك. فهم سرعة الضوء في الماء