معلومات عن الضوء

نفسر ما هو الضوء وتاريخ وسرعة وانتشار هذه الظاهرة. أيضا ، خصائصه العامة ونظرياته وأكثر من ذلك.

جسيمات الضوء عديمة الكتلة وتسمى الفوتونات.

ما هو الضوء؟

الضوء جزء الطيف الكهرومغناطيسي الذي يمكن للعين البشرية إدراكه. إنه أحد أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي ينتشر في الكون وينقل الطاقة من مكان إلى آخر.

مثل جميع أشكال الإشعاع ، للضوء سلوك مزدوج ، وفقًا لميكانيكا الكم. من ناحية، يتصرف مثل الجسيمات الأولية وبدون كتلة تسمى “الفوتون” ومن ناحية أخرى لها خصائص موجية.

يسمى فرع العلم المسؤول عن دراسة ظواهر الضوء البصريات.

أنظر أيضا: التلوث الكهرومغناطيسي

تاريخ الضوء

سمح اختراع الكهرباء بتعميق الدراسات حول الضوء.

كان الضوء موضوع فضول الإنسان وتبجيله منذ العصور القديمة. اعتبره الإغريق القدماء مصدرًا للحياة والحقيقة ، وقد درسه على نطاق واسع إمبيدوكليس وإقليدس. كانت بعض خصائصه الفيزيائية معروفة بالفعل في ذلك الوقت ، على الرغم من أنه سيكون من عصر النهضة أن دراسته وتطبيقه على حياة الإنسان سيتخذان دفعة حقيقية.

كان اختراع الكهرباء وإمكانية الإضاءة حسب الرغبة من المحركات العظيمة الأخرى لدراسته ، على الرغم من أنه كان دائمًا منتبهًا للمناقشة حول ما إذا كان الضوء يحتوي على جزيئات أو ما إذا كانت موجة طاقة.

بالفعل في القرن العشرين، استحوذت الهندسة الضوئية على تطوير العديد من التطبيقات الحديثة للضوء ، جنبًا إلى جنب مع الإلكترونيات. بفضل نظريات الكم والتطورات العلمية ، كانت العملية الخفيفة مفهومة بشكل أفضل.

ظهرت من هذا التطور تقنيات مثل الليزر ، أو الصور المجسمة ، أو الأفلام ، أو التصوير الفوتوغرافي ، أو النسخ الضوئي ، أو الألواح الكهروضوئية.

سرعة الضوء

تم إجراء أول قياس ناجح لسرعة الضوء في عام 1676 بواسطة عالم التنجيم الدنماركي Ole Roemer. ومع ذلك ، فقد قامت الفيزياء المعاصرة بضبط آليات القياس حتى نتمكن من إيجاد المقدار المقبول حاليًا ، وهو 299،792،458 مترًا في الثانية ، عادةً ما يقرب من 300000 كيلومتر في الثانية.

يجب أن يقال أن هذه السرعة تشير إلى الضوء ينتشر في الفراغ لأنه عند القيام بذلك من خلال الأمر ، تنخفض سرعته وفقًا لطبيعة الأمر المتقاطع.

انتشار الضوء

تتكون الظلال من منطقتين: الظلال و الظل.

واحدة من الخصائص المميزة للضوء هي طريقته الخاصة في الانتشار: في خط مستقيم. في الواقع ، أصل الظلال له علاقة بهذا لأنه عندما يصطدم بجسم معتم ، فإن الضوء يبرز الصورة الظلية: الخلفية من حوله مضاءة باستثناء الجزء الذي يحجبه الجسم.

يتكون الظل من منطقتين: الظلمة (الجزء الأكثر سطوعًا) و الظلمة (الجزء الأغمق).

تظهر ألعاب الظلال التي تعتمد على موضع وزاوية مصدر الضوء من الممكن توقع الحركة المستقيمة لموجات الضوء. في الواقع ، هذا ما تكرس له البصريات الهندسية.

انكسار الضوء

يمكن أن يعطي انكسار الضوء انطباعًا خاطئًا عما يتم ملاحظته.

واحدة من الظواهر الفيزيائية الرئيسية التي يمكن ملاحظتها للضوء هي الانكسار ، وهو يحدث عندما يغير الضوء وسط انتشاره. عندما يبدأ بالانتشار عبر وسيط جديد تتغير سرعته ويتضح ذلك من خلال تغيير مفاجئ في الاتجاه مما قد يعطي انطباعًا خاطئًا عما يتم ملاحظته.

هذا هو التأثير الذي يتم إنتاجه عن طريق إدخال ملعقة صغيرة في كوب من الماء، على سبيل المثال. الانكسار يجعل الجسم يبدو أنه ينكسر عند دخوله الماء.

كلما زاد التغيير في السرعات (بين وسيط وآخر ، على سبيل المثال الهواء والماء) ، زاد التغيير في الاتجاه وزاد التأثير البصري.

حيود الضوء

حيود الضوء ظاهرة تستخدم في التصوير الفوتوغرافي.

تحدث ظاهرة الحيود عندما يمر شعاع من الضوء في اتجاه معين عبر فتحة ضيقة وتحرف مسارها في اتجاهات جديدة ، باستخدام الفتحة كباعث موجة جديد.

التأثير الناتج هو شعاع من الضوء يبدو أنه “ينفتح”. هذا مبدأ مستخدم على نطاق واسع في التصوير الفوتوغرافي والتصميم التلسكوبي.

انعكاس الضوء

عندما يضرب الضوء المادة ، تحدث ظاهرتان: جزء من هذا الضوء ينعكس (يمكننا أن نعتقد أنه يرتد عن المادة) وينتقل جزء آخر إلى المادة ويسخنها.

عندما يسقط الضوء الأبيض ، الذي يحتوي على جميع الألوان (ضوء الشمس على سبيل المثال) ، على كائن ما ، فقط ترددات معينة من الضوء تنعكس وتصل إلى أعيننا. هذه هي الطريقة التي نرى بها لون الكائن: إنه يتوافق مع التردد الذي انعكس ، والباقي ينتقل إلى الكائن.

تعكس الأسطح البصرية الملساء أو المصقولة ، مثل المرايا ، الضوء بنفس زاوية السقوط.

تشتت الضوء

من الممكن تقسيم الضوء إلى ألوان كاملة.

التشتت ظاهرة تعني أنه عند الدخول إلى جسم شفاف ذي وجوه غير متوازية (مثل المنشور أو قطرة ماء) ، يتحلل الضوء إلى ألوان كاملة.

يحدث هذا لأنه عند تغيير الوسيط ، تختلف سرعته وتردد الموجة ، مما يسمح لنا برؤية الطيف اللوني الكامل الذي يحتويه الضوء الأبيض.

استقطاب الضوء

الاستقطاب قدرة بعض البلورات الشفافة، بمجرد تداخلها وتدويرها بزاوية معينة ، للتخفيف من مرور الضوء وتجنب بعض زوايا الانعكاس.

هذه هي الطريقة التي يعملون بها ، على سبيل المثال ، النظارات الشمسية أو مرشحات معينة للكاميرات، والتي تعدل من خلال هذا النظام من البلورات كمية الضوء التي يمكن أن تدخل الجهاز أو العين البشرية.

نظريات حول طبيعة الضوء

مع مرور الوقت ظهرت العديد من المناهج النظرية لطبيعة الضوء. البعض يكونون:

• نظرية الموجة. إنه يقترب من الضوء من خلال اعتباره موجة كهرومغناطيسية ، أي مجال كهربائي يولد مجالًا مغناطيسيًا (والعكس صحيح) وينتشر نفسه إلى أجل غير مسمى عبر الفضاء. هذا المنظور مفيد في وصف العديد من سلوكيات الضوء ، لكنه ليس فعالًا في تحديد ماهية الضوء بالضبط وكيف يتكون.
• النظرية الجسدية. فكر في الضوء على أنه تيار من الجسيمات عديمة الكتلة وعديمة الشحنة تسمى الفوتونات. وبالتالي ، من الممكن دراسة تفاعل الضوء مع المادة من الاعتبارات الفيزيائية بين الإلكترونات والفوتونات.
• نظريات الكم. لقد نشأت بسبب الحاجة إلى التوفيق بين المنظورين السابقين (نظرية الموجة ونظرية الجسيمات) ، لكنهم لم يتمكنوا بعد من التوفيق بين مواقفهم. التقدم الكبير في هذا الصدد كان نظريات أينشتاين فيما يتعلق بالنسبية وتأثير الجاذبية على سلوك الضوء ، بالإضافة إلى المناهج الحديثة لنظرية المجال الموحد ، القائمة على العمل مع الجسيمات الأولية.

المجال الكهرومغناطيسي

الألوان الدافئة لها أطوال موجية أقل من الألوان الباردة.

يسمى الطيف الكهرومغناطيسي مجموعة من جميع مستويات الطاقة الضوئية الممكنة. يتم تنظيم هذا الطيف بناءً على الطول الموجي للإرسالات المقابلة لكل مستوى ، والذي يمثل الطيف المرئي جزءًا محددًا منه فقط.

تتراوح الأطوال الموجية التي يدركها البشر من 380 نانومتر (حيث يبدأ طيف الأشعة فوق البنفسجية) إلى 780 (حيث يبدأ طيف الأشعة تحت الحمراء). الألوان المرتبطة بارتفاع درجات الحرارة لها أطوال موجية أقل (أو ترددات أعلى) ، بينما تلك المرتبطة بدرجات حرارة منخفضة تتوافق مع أطوال موجية أعلى أو ترددات أقل.