ما المسار الذي يسلكه الضوء أثناء انتقاله عبر الهواء؟
يتعرض الكثير من الطلاب لهذا السؤال في مراحل مختلفة من التعليم ، ثم تكمن الإجابة في حقيقة أن المسار الذي يسلكه الضوء أثناء انتقاله في الهواء يسير في خط مستقيم ، ومن الجدير بالذكر أن الضوء يُعرف باسم الإشعاع المرئي الذي يمكن للعين المجردة رؤيته ، وسرعة الضوء في الفراغ من الثوابت المعترف بها علمياً ، والجدير بالذكر أن سرعة الضوء تستخدم في العديد من مجالات الفيزياء.
تعريف الضوء
يُعرَّف الضوء بأنه إشعاع يتكون من مجموعة من الموجات الكهرومغناطيسية التي تنعكس على الأشياء ، حتى تحدث الرؤية نتيجة انتقال الضوء عبر الأجسام في الفضاء المحدد ، ويكون للضوء العديد من الأطوال الموجية المختلفة ، ومن ثم تنعكس هذه الأطوال الموجية على العين وتنتقل إلى الدماغ وهي تترجم إلى لون معين ، وتجدر الإشارة إلى أن ألوان الطيف السبعة لكل منها طول موجي ، ويتم تمييز الضوء عن الأضواء الأخرى حسب طول الموجة الخاص بها ، ويجب أن نلاحظ ذلك اللون الأحمر هو الأطول على الإطلاق في الأطوال الموجية ، بينما اللون البنفسجي هو الأقصر على الإطلاق ، وتتخلل هذه الألوان أطوال موجية مختلفة تصف الألوان الأخرى.
تاريخ الضوء
في هذه الفقرة نناقش أهم المعلومات عن تاريخ الضوء ، وبالتالي تم وضع أسس البصريات المعروفة حديثًا في اليونان القديمة ، حيث تم البحث عنها في القرن الخامس قبل الميلاد وحتى القرن الثالث قبل الميلاد ، وهي الجدير بالذكر أن حجر الأساس لـ “علم الفلك والأحياء والرياضيات والفلسفة والسياسة” قد وضعه الفلاسفة اليونانيون القدماء ، وهم “أرسطو وسقراط وأفلاطون”.
وتجدر الإشارة إلى أن المعرفة الأساسية في علم البصريات ، والمتمثلة في ما يلي ، قد تلخصت في ما يلي: “الانتشار ، والتفكير ، والرؤية”. وقد تم ذلك في كتابه بعنوان “البصريات” ، وقد تم تطوير العديد من المفاهيم المتعلقة بالضوء في عصر اليونان القديمة ، حيث لعبوا دورًا أكبر حتى ظهر نيوتن في الفترة الأخيرة من القرن السابع عشر.
خصائص الضوء
ذكرنا في الفقرة السابقة أن الضوء عبارة عن إشعاع كهرومغناطيسي له العديد من خصائص الموجات ، ومن الممكن تقسيم الطيف الكهرومغناطيسي إلى مجموعة من النطاقات ويتم ذلك حسب الطول الموجي ، ومن خلال النقاط التالية نذكر أكثرها خصائص مهمة للضوء:
- انعكاس وانكسار الضوء: يسقط الضوء على واجهة بين مادتين لهما مؤشرات انكسار مختلفة ، ثم يكون شعاع الضوء الساقط الذي يصطدم بالواجهة بزاوية مقاسة بين خط عمودي عليه واتجاه انتشار الشعاع الساقط ، ثم ينعكس من الواجهة بنفس الزاوية. آخر بالمرور عبر آخر في وسط شفاف ، مع تغيير الاتجاه.
- تشتت الضوء: يتشتت الضوء لأن مؤشرات الانكسار تختلف باختلاف الطول الموجي للضوء ، وتجدر الإشارة إلى أن هذا يتم ملاحظته من خلال تسليط شعاع من الضوء الأبيض على منشور مثلثي من مادة زجاجية ، وبالتالي الضوء الأبيض الذي سقط على سينكسر المنشور من خلاله بزوايا مختلفة ، يعتمد موضعها على الطول الموجي للضوء.
- امتصاص الضوء: في حالة مرور الضوء عبر مادة شفافة ، يتبدد جزء من طاقته ، وهو ما يحدث في الطاقة الحرارية ، ثم يفقد جزءًا من شدته. تكوين أطوال موجية من الضوء لا يمكن امتصاصها. وتجدر الإشارة إلى أن الأطوال الموجية المنقولة تسمى لون الامتصاص. سبب هذا التعيين هو أنها تشبه الألوان.
- استقطاب الضوء: يهتز الضوء الطبيعي بطريقة متساوية في جميع الاتجاهات عموديًا على مسار الانتشار ، وهو ما يسمى “الضوء المستقطب المستوي” ، ويتم ذلك إذا سُمح للضوء بالاهتزاز بمستوى واحد فقط ، في حالة أن اتجاه الاهتزاز هو الاتجاه الذي يهتز فيه الضوء.
أهمية الضوء
للضوء أهمية كبيرة ، فهو المصدر الأساسي لجميع أشكال الحياة على سطح الأرض ، حيث تتم من خلاله عملية التمثيل الضوئي للنباتات ، حيث تستمد منه النباتات الكلوروفيل ، والهواء الذي يتنفسه الإنسان هو مصفى ، تتجلى أهمية الضوء في تبني الحيوانات ، وكذلك الإنسان ، فمن الضروري للنباتات البقاء على قيد الحياة ، ومن ثم كل هذه الأشياء توضح أهمية الضوء في الحياة ، ومن الجدير بالذكر أن الإنسان يتعرض لعوامل طبيعية. ضوء الشمس في حال تعرضه لمشاكل صحية بسبب نقص فيتامين د ، ومن ثم ينصحه الأطباء بالتعرض لأشعة الشمس التي تعتبر المصدر الرئيسي لفيتامين د.
يسمى انحراف الضوء عن مساره
إن انحراف الضوء عن مساره هو انكسار الضوء ، وهو ما يحدث للضوء عندما يمر من وسط إلى آخر ويعرف بالانكسار. وتجدر الإشارة إلى أن هذا الانحراف يحدث نتيجة انتقال الضوء بشكل أبطأ عند مروره عبر وسط عالي الكثافة.
مصادر الاضاءة
للضوء العديد من المصادر التي لها أهمية كبيرة لجميع الكائنات الحية على سطح الأرض ، ومن خلال النقاط التالية نذكر تلك المصادر:
مصادر طبيعية
- يتمثل في ضوء الشمس: وهو المصدر الرئيسي للضوء ، وينبعث نتيجة للانفجارات العديدة التي تحدث في مركزه ، ثم يمد الشمس بالضوء والطاقة.
- ضوء القمر والنجوم: هما من أهم المصادر الطبيعية للضوء على سطح الأرض ، لكن أشعةهما ضعيفة جدًا نظرًا لبعدها عن سطح الأرض.
- ضوء البرق: ينبعث نتيجة الاصطدام الذي يحدث بين سحابة محملة بشحنات موجبة وأخرى محملة بشحنات سالبة.
- النار: انبعاث الشعاع والوهج والضوء من النار نتيجة تفاعلات كيميائية.
- ضوء الكائنات الحية: هناك عدد من الكائنات الحية التي تصدر الضوء نتيجة التفاعلات الكيميائية التي تحدث داخلها ، وأشهر هذه الكائنات الفراشات المتوهجة وعدد من الديدان.
مصادر الضوء الصناعي
يتكون من عدد من المصادر على النحو التالي:
- المصابيح الكهربائية: تعمل المصابيح على مبدأ تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية. ابتكر العالم الأمريكي توماس إديسون فكرة المصباح الكهربائي.
- الشمعة: وهي من أقدم الطرق المستخدمة لتوليد الضوء.
- الفانوس: يستخدم كبديل للشمعة.
- المصباح الفلوريسنت: هي المصابيح التي تُستخدم اليوم وتنبعث منها ضوء لا يشبه ضوء مصباح النيون المعروف.
- مصباح الهالوجين: وهو من اللمبات التي تعمل بكمية كبيرة من الطاقة ، حيث يحتوي على كبسولة تحتوي على مصباح هالوجين حول الفتيل يعمل على عكس الحرارة بشكل مستمر بحيث يظل مضاء.