ما هو الضوء ؟ ( طبيعته ، سرعته ، إنتشاره ، نظريات تفسير سلوكه )
ما هو الضوء ؟ ( طبيعته ، سرعته ، إنتشاره ، نظريات تفسير سلوكه )
تعريف الضوء : هو ذلك الإشعاع الذي يؤثر على العين ويسبب
الرؤية وقد مر هذا التعريف بمراحل تاريخية متعددة إلى أن أصبح بصيغة هذه وهو تعريف
طبيعي لا يتدخل في التفاصيل الدقيقة أو الطبيعية لضوء .
ولكن التعريف الدقيق لضوء أو التعريف العلمي لضوء هو ( أن الضوء عبارة عن موجات
كهرومغناطيسية لها طاقه تظهر على شكل صورة إشعاعية وتتحول هذه الطاقة الإشعاعية
إلى الأنواع الأخرى المعروفة من الطاقة تحقيقاً لمبدأ حفظ الطاقة ( الطاقة لا تفنى
ولا تستحدث من العدم).
طبيعة الضوء وانتشاره :
ينتشر الضوء في جميع الاتجهات وبسرعة فائقة جداً لدرجة لا يوجد في حياتنا اليومية أي شيء يدعونا للقول أنه يتحرك أسرع من الضوء يكون انتشار الضوء في خطوط مستقيمة لذلك فان لكل جسيم معين هناك ظل عند سقوط الضوء عليه أو على أي شي يصدر منه - كما سنلاحظ ذلك لاحقاً - لذلك يمكن القول بأن انتشار الضوء بخطوط مستقيمة هو مبدأ علمي يتحقق من مشاهدة الظل وكذلك فإن تكون الضوء بالكاميرات هو تطبيق أو تحقيق آخر لهذا المبدأ.تختلف حساسية العين باختلاف الطاقة الإشعاعية المستقبلة من الأجسام المضيئة أو المرئية والعين قادرة على التمييز بين الألوان المختلفة المكونة لضوء العادي ضوء الشمس المرئي الواصل لسطح الأرض حيث لكل لون خواص مختلفة عن اللون الآخر حيث تقع حد حساسية العين في التمييز أو الرؤية للألوان أي للموجات الضوئية بين الضوء الذي طول موجته (4000A) وإلى (7000A) أي هاتين القيمتين هما حدود الإحساس بالرؤية.
لكن للعين ايضاً أن تكشف ضوء بطول موجة خارج عن هذه الحدود إذا كانت شدة الضوء عالية لدرجة كافية وتستخدم الألواح الفوتوغرافية والكاشفات الالكترونية الحساسة للكشف عن الإشعاع بدلاً عن العين البشرية وخاصة خارج الحدود المذكورة (4000-7000A) هذه الحدود تعرف بحدود الضوء المرئي (visible light).
وحسب تعريفنا السابق للضوء فيمكن أن نعطي تعريف حسب طبيعة الضوء واستناداً (إلى النظريات) بأنه عبارة عن اضطراب كهرومغناطيسي ينتشر على هيئة موجات مستعرضة وتتميز الموجة عامة بالعوامل التالية :
1- سعة الموجة (a) بالمتر.
2- طول الموجة (λ) بالمتر.
3- سرعة الموجة (υ) متر/ثانية.
4- التردد (f) بالهرتز أي دورة/ثانية.
5- العدد الموجي(k) أي عدد الموجات لكل وحدة طول والذي يساوي (2Π/ λ) (متر)^(-1).
6- السرعة الزاوية(ω) والذي يساوي (ω=2Πf).
العلاقة الخاصة بسرعة الموجات تعطى كالتالي (υ=λ.f).
وفي علم البصريات والموجات تقاس الأطوال بوحدات صغيرة جداً والمستخدم هو
الميكرومتر والمللي مايكرومتر أو النانومتر او الانجسترون حيث :
1A=10^(-10) meter
1μ=10^(-6) meter
1mμ=1nm=10^(-9) meter
فمثلاً طول الموجة الضوء الأصفر هي (5890A) وهي ضمن حدود حد الرؤيا (4000A-7000A) ومنبع الضوء حولنا هي الشمس وهذا لا
يعني أن الشمس فقط هي مصدر الضوء الوحيد فمثلاً نحصل على الضوء من الكهرباء ومن
المصابيح الزيتية مثل مصابيح الإنارة.
سرعة الضوء :
كان الفلكيون يعتقدون أن الضوء ينتقل بسرعة لانهائية كما كان يُعتقد أن أي حدث يحدث في أي مكان في الكون يلاحظ في جميع النقاط الأخرى في الكون في الوقت ذاته.
ويٌقال أن جاليلو قد حاول أن يقيس سرعة الضوء عام 1600م ولكنة لم ينجح في تلك الفترة إلا بعد محاولات متعددة وأقتنع أن سرعة الضوء لانهائية أي لا يوجد شي أسرع من الضوء.
ولكن في عام 1849م نجح العالم فيزو بإعطاء قيمة مطلقة لسرعة الضوء على كوكب الأرض وهي(2.9999exp8 m/s) أما في الفضاء فان سرعة الضوء المطلقة هي (3exp8 m/s) أما هذا الفرق البسيط لا قيمة له في الحسابات لأنة يساوي فقط (87000 m/s) أما في الأوساط المادية فينتقل بسرعة معتمدة على خواص الوسط حيث نستطيع وضع معادلة بين سرعة الضوء بالوسط (v) وسرعة الضوء في الفراغ © حيث
(c/n) =(v=c (ε.μ)^(1/2)
حيث (v) سرعة الضوء في الوسط المادي.
و© سرعة الضوء في الفراغ وهي تساوي (3exp8 m/s).
و(ε) معامل السماحية الكهربائيه أي (معامل سماح المجال الكهربائي للوسط ).
و(μ) معامل النفاذيه المغناطيسية أي (معامل النفاذ للمجال المغناطيسي للوسط).
و (n=(c/v معامل الانكسار للوسط حيث يمثل النسبة سرعة الضوء بالفراغ وسرعة الضوء في الوسط أو (n^2= ε.μ) لذلك قيمته دائماً اكبر من الواحد.
سرعة الضوء في الماء هي ثلاثة أرباع سرعة الضوء في الفراغ.
سرعة الضوء بالزجاج هي ثلثي سرعة الضوء في الفراغ.
سرعة الضوء Velocity of light
لقد أجريت تجارب عديدة لقياس سرعة الضوء في الفراغ وفي الأوساط الأخرى مثل الماء والزجاج وغيرها، وقد وجد أن سرعة الضوء في الفراغ تكون أكبر من سرعته في الأوساط الأخرى، وتكون سرعته في الوسط الأقل كثافة اكبر منها في الوسط الأكبر كثافة، فسرعته في الماء مثلا اكبر من سرعته في الزجاج. علاوة على ذلك فإن سرعة الضوء خلال المواد تعتمد على الطول الموجي للضوء0 وقد وجد بالتجربة أن سرعة الضوء في الفراغ c=2.998x108 m/s حيث c ترمز إلى سرعة الضوء في الفراغ.
ويٌقال أن جاليلو قد حاول أن يقيس سرعة الضوء عام 1600م ولكنة لم ينجح في تلك الفترة إلا بعد محاولات متعددة وأقتنع أن سرعة الضوء لانهائية أي لا يوجد شي أسرع من الضوء.
ولكن في عام 1849م نجح العالم فيزو بإعطاء قيمة مطلقة لسرعة الضوء على كوكب الأرض وهي(2.9999exp8 m/s) أما في الفضاء فان سرعة الضوء المطلقة هي (3exp8 m/s) أما هذا الفرق البسيط لا قيمة له في الحسابات لأنة يساوي فقط (87000 m/s) أما في الأوساط المادية فينتقل بسرعة معتمدة على خواص الوسط حيث نستطيع وضع معادلة بين سرعة الضوء بالوسط (v) وسرعة الضوء في الفراغ © حيث
(c/n) =(v=c (ε.μ)^(1/2)
حيث (v) سرعة الضوء في الوسط المادي.
و© سرعة الضوء في الفراغ وهي تساوي (3exp8 m/s).
و(ε) معامل السماحية الكهربائيه أي (معامل سماح المجال الكهربائي للوسط ).
و(μ) معامل النفاذيه المغناطيسية أي (معامل النفاذ للمجال المغناطيسي للوسط).
و (n=(c/v معامل الانكسار للوسط حيث يمثل النسبة سرعة الضوء بالفراغ وسرعة الضوء في الوسط أو (n^2= ε.μ) لذلك قيمته دائماً اكبر من الواحد.
سرعة الضوء في الماء هي ثلاثة أرباع سرعة الضوء في الفراغ.
سرعة الضوء بالزجاج هي ثلثي سرعة الضوء في الفراغ.
سرعة الضوء Velocity of light
لقد أجريت تجارب عديدة لقياس سرعة الضوء في الفراغ وفي الأوساط الأخرى مثل الماء والزجاج وغيرها، وقد وجد أن سرعة الضوء في الفراغ تكون أكبر من سرعته في الأوساط الأخرى، وتكون سرعته في الوسط الأقل كثافة اكبر منها في الوسط الأكبر كثافة، فسرعته في الماء مثلا اكبر من سرعته في الزجاج. علاوة على ذلك فإن سرعة الضوء خلال المواد تعتمد على الطول الموجي للضوء0 وقد وجد بالتجربة أن سرعة الضوء في الفراغ c=2.998x108 m/s حيث c ترمز إلى سرعة الضوء في الفراغ.
نظريات تفسير سلوك الضوء
الحسن ابن الهيثم
نظرية الدقائق لنيوتن.
نظرية ماكسويل للموجات الكهرومغناطيسية.
نظرية اينشتاين للفوتـون.
النظرية الموجية الكمية.
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
· الحسن بن الهيثم (965 ـ 1039):
استطاع التوصل الى حقيقتين هامتين هما:
1ـ توضيح ان الضوء هو الذي يضيء الأجسام
ثم ينعكس الى العين لتحس بالضوء وترى
2ـ أكد ان الضوء له سرعة محددة على عكس
ما كان سائدا قبله وأكد أيضا ان سرعة الضوء تقل كلما زادت كثافة الوسط الضوئية.
· اسحاق نيوتن (1624ـ 1727):
وضع
نظرية لتوضيح طبيعة الضوء تسمى " النظرية الجسيمية " وتنص على أن الضوء
عبارة عن جسيمات منتاهية في الصغر ... واستطاع بها تفسير بعض خصائص الضوء مثل
الانعكاس والانكسار ولكنه فشل في تفسير التداخل والحيود في الضوء
· هيجنز (1678):
وضع
نظرية لتوضيح طبيعة الضوء تسمى " النظرية الموجية " وتنص على أن الضوء
عبارة عن نوع من الموجات ... واستطاع بها تفسير بعض خصائص الضوء مثل الانعكاس
والانكسار وبعض الظواهر الأخرى للضوء ولكن هذه النظرية لم تلاقي نجاحا بسبب الفهم الخاطئ
لمعنى الموجة حيث كان يعتقد أن الموجة لابد لها من وسط للانتشار والضوء ينتشر في
الفراغ.
· اينشتاين (1905):
وضع
نظرية لتوضيح طبيعة الضوء تسمى " نظرية الكم الضوئي " وتنص على أن الضوء
عبارة عن كمات صغيرة من الطاقة تسمى الفوتونات وكل فوتون له طاقة تعتمد على تردد
الضوء.
E =
h.f
حيث
ان (E
) طاقة الفوتون , (h ) ثابت بلانك , (f ) تردد الضوء
واستطاع
بهذه النظرية تفسير جميع ظواهر الضوء بالإضافة الى الظاهرة الكهروضوئية (وهي تحرر
الكترونات من سطح معدن عند سقوط الضوء عليه)
س:
ما هي خصائص الضوء ؟
ج:
الضوء له خمسة خواص: 1) الانتشار في خط مستقيم
2) الانعكاس 3) الانكسار 4) التداخل 5) الحيود
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
✓✓👈 روابط كتب أخرى مهمة :
 ما هو الضوء ؟ ( طبيعته ، سرعته ، إنتشاره ، نظريات تفسير سلوكه ) تعريف…){kind=link}
تعليقات