مقدمة عن سرعة الضوء في الماء

ما هو الضوء؟

• من المعروف أن الضوء جزء من الإشعاع الكهرومغناطيسي ويمتد على مدى معين من ترددات الإشعاع.
• على عكس معظم الموجات الكهرومغناطيسية التي لا يستطيع الإنسان رؤيتها ، 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 ، وهو اللون الأحمر ، إلى البنفسجي ، بتردد 400 نانومتر.
• يعتقد الكثير من الناس أن الكائنات لها ألوان ، ولكن الحقيقة هي أن الضوء ينعكس على سطح هذه الأشياء ، وبالتالي نرى هذه الألوان.

سرعة الضوء

• في مقدمة لسرعة الضوء في الماء ، من المهم أيضًا معرفة سرعة الضوء في الهواء ، وتصل سرعة الضوء إلى 299.792.458 مترًا في الثانية و 1.07 مليار كيلومتر في الساعة.
• الضوء هو أسرع ما يتحرك في هذا الكون ، إذا كان للإنسان القدرة على التحرك بهذه السرعة ، فيمكنه أن يدور حول الأرض 7 مرات ونصف في الثانية!
• على سبيل المثال ، يبلغ متوسط ​​سرعة الطائرة 800 كيلومتر في الساعة ، مما يعني أنها تحتاج إلى هذه السرعة 5 مرات للدوران حول الأرض في دورة واحدة.
• لكي ينتقل الضوء من الأرض إلى القمر ، يستغرق الأمر ثانية واحدة فقط ، وتقدر المسافة بين القمر والأرض بحوالي 384398.24 كم.
• وإذا أراد الضوء أن ينتقل من الشمس إلى كوكب الأرض ، فيستغرق 8 دقائق ، حيث أن المسافة بينهما تقارب 149،597،886 كيلومتر.
• على هذا الأساس تستخدم سرعة الضوء لقياس المسافات الفلكية ، لذلك نقول إن أقرب نجم ، قنطورس ، يبعد 4.25 سنة ضوئية عن كوكب الأرض.
• أي ، إذا انتقلنا من كوكب الأرض إلى أقرب نجم ، قنطورس ، فإننا نحتاج إلى 4 سنوات و 3 أشهر للوصول إلى هناك!

مقدمة في سرعة الضوء في الماء

• سرعة الضوء ليست ثابتة ، حيث يمكن أن تنخفض حسب الوسيط الذي ينتقل فيه الضوء ، وإذا لم ينتقل الضوء في الفراغ ، فإن سرعة الضوء تكون قصوى.
• إذا التقى الضوء بأي مادة أثناء مروره عبر الفراغ ، حتى لو كانت المادة غبارًا ، ينكسر الضوء بسبب الاصطدام بين الضوء والجسيمات المقابلة للمادة.
• الحالة المذكورة أعلاه تؤدي إلى انخفاض في سرعة الضوء ، وهذه أهم المعلومات التي يجب أن تعرفها عن مقدمة لسرعة الضوء في الماء.
• معامل الانكسار للوسيط هو المعدل الذي تتناقص فيه سرعة الضوء اعتمادًا على الوسيط الذي ينتقل فيه. في معظم الحالات ، يكون معامل الانكسار للوسيط أكبر من 1.
• مكتشف هذه الحالة هو العالم جان فوكو ، وعلى سبيل المثال ، إذا كان معامل انكسار الهواء هو 1.0003 ، وهي نسبة كبيرة جدًا من معامل انكسار الهواء تساوي 1.
• أما معامل انكسار الماء فهو 1.33 ، ولكي نحسب سرعة الضوء في الماء أو في أي وسط آخر نطبق القانون (السرعة = سرعة الضوء الثابتة / معامل الانكسار للوسيط).

سرعة الضوء في الماء

• يؤدي الاختلاف في سرعة الضوء في الماء وسرعته في الهواء إلى انكسار ضوء الشمس إذا اخترق سطح البحر وتعرض للامتصاص والتشتت عبر الجزيئات الصلبة.
• في أول 10 أمتار من سطح البحر ، يتم امتصاص معظم طيف الضوء المرئي ، ولا يمكن للضوء اختراق أكثر من 150 مترًا تحت سطح البحر ، حتى لو كانت المياه خالية من الشوائب.
• يعتمد امتصاص أو تشتت الضوء في 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 فهو يصل إلى 30 مترًا تحت سطح البحر ، واللون البرتقالي يصل إلى 50 مترًا تحت سطح البحر.
• يمكن أن تصل الأطوال الموجية الأطول ، مثل البنفسجي والأخضر والأزرق ، إلى أعمق تحت سطح البحر.

طبيعة الضوء

• في مقدمة لسرعة الضوء في الماء ، سأقدم لك معلومات مهمة حول طبيعة الضوء ستساعدك على فهم كيفية انتقال الضوء في الماء.
• في القرن التاسع عشر ، اكتشف العلماء طبيعتين مختلفتين للضوء ، الأولى هي أن الضوء هو البرق ، والثاني هو أن الضوء موجات.
• أوضحت النظرية معظم خصائص الضوء المعروفة للجميع ، وهي الانعكاس والتشتت والانكسار.
• في أوائل القرن التاسع عشر ، أجرى الفيزيائي توماس يونغ تجربة تسمى “شق يونغ” ، والتي تتكون من تمرير الضوء عبر ثقب صغير في بطاقة رقيقة تحتوي على ثقبين.
• خلف البطاقة الرفيعة توجد شاشة ، وخلص إلى 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 ، أطلقوا عليها اسم الفوتونات.
• بهذه النظريات تم شرح طبيعة الضوء ، وهي أن الضوء عبارة عن موجات وجزيئات.

خصائص الضوء

• من أجل فهم مقدمة لسرعة 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 عن سطح المرآة بنفس الزاوية التي يسقط بها ، وهذه خاصية الانعكاس.
• الانتثار ، وهو عندما يصطدم الضوء بسطح غير أملس وينعكس الضوء في جميع الاتجاهات.
• تعتبر خاصية الانتشار مهمة جدًا ، لأنها تسمح للبشر بالنظر إلى زوايا مختلفة ، على سبيل المثال ، عندما يسقط الضوء على ورقة وينتشر ، يمكن للشخص قراءة الورقة دون الحاجة إلى تغيير زاوية القراءة.
• الانكسار ، وهو خاصية أخرى للضوء ، يحدث عندما 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 تباطؤ سرعة الضوء في وسط معين.
• التداخل ، الذي يعني أن الموجات الضوئية تتكون من قمم وقيعان ، تتحد معًا لتشكل نوعين من التداخل ، التداخل البناء والتداخل الهدام.
• التداخل البناء هو مرور موجتين ضوئيتين ، ويحدث تصادم بين القمتين ، وينتج عن الاصطدام قمة فائقة تعطي مزيدًا من الضوء.
• أما التداخل المدمر فهو التقاء قمة الموجة الضوئية بقاع موجة ضوئية أخرى ، وينتج عن هذا الاصطدام بقعة مظلمة ، وقد اكتشف العالم توماس يونج التداخل المدمر.

الاشعاع الكهرومغناطيسي

• الإشعاع الكهرومغناطيسي هو شكل مختلف من أشكال الطاقة.
• من بين الإشعاعات الكهرومغناطيسية موجات الراديو والأشعة السينية والميكروويف وأشعة الشمس وأشعة جاما.
• الضوء المرئي هو أيضًا نوع من الإشعاع الكهرومغناطيسي.