بحث قصير عن سرعة الضوء
اعتمد الإنسان قديماً على النار كمصدر رئيسي للضوء له، كما أن بعض أنواع الحيوانات تتمتع بوجود في داخل أجسامها مثل الحشرات مثل الفراشات المضيئة
وتنقسم مصادر الضوء إلى طبيعية وصناعية، من أبرز الأنواع الطبيعية القمر والنجوم،
أما عن مصادر الضوء الصناعية فتتمثل في المصابيح مثل مصباح الفلورسنت والمصباح المتوهج والمصباح الهالوجيني ومصباح الزئبق.
ماذا يعني سرعة الضوء
سرعة الضوء هو السرعة الناتجة عن مقدار المسافة تحرك الضوء وانتقاله في فترة زمنية.
وتُحسب سرعة الضوء في الثانية الواحدة وفيها يقطع الضوء مسافة تصل إلى 299,792,457.4 متر والتي تعادل 300 ألف كيلو متر.
تمثل سرعة الضوء السرعة الأعلى في كوكب الأرض والتي تفوق السرعات الأخرى مثل سرعة الصوت.
قديمًا كان من الصعب إيجاد قيمة سرعة الضوء، حيث حاول الكثير من العلماء التوصل إلى قياسها.
علماء حاولوا قياس سرعة الضوء
العالم رومر
استطاع العالم رومر التوصل إلى قياس سرعة الضوء في عام 1675م وذلك بالاعتماد على أدوات الرصد الفلكي الخاصة بالقمر أيو أحد أقمار كوكب المشترى.
يتطلب قمر أيو فترة زمنية تصل إلى 42.5 ساعة حتى يتم دورانه بالكامل حول كوكب المشترى، أما عن كوكب المشترى فيحتاج فقط في دورته الكاملة حول الشمس إلى 12 سنة من كوكب الأرض.
بناءً على مدة دورة كوكب المشترى فإن مسافة الزاوية في الحركة تصل إلى 7.5 درجة وذلك لأن كوكب الأرض عند حركته تصل مسافة زاويته إلى 90 درجة.
عمل العالم رومر على إثبات أن القمر أيو بدورته بشكل ثابت، وذلك لأنه في حالة تغير دورانه بحيث تقل سرعته فذلك قد يؤدي إلى وقوع القمر على المشترى، وفي حالة زيادة حركته فذلك يؤدي إلى انفصاله عن المشترى.
لم يتوصل العالم رومر إلى أن القمر أيو دروته ثابتة، مما دفعه إلى تحليل كافة الأرصاد الخاصة بالقمر والتي تمت بشكل منتظم، ومن خلالها اكتشف تغير في وقت دوران القمر أيو، ففي حالة وقوع المشترى على مسافة بعيدة عن الأرض فإنه دورة القمر تتطلب فترة زمنية أطول.
لاحظ رومر أن خسوف القمر يحدث بشكل متأخر عند ابتعاد المسافة بين المشترى والأرض.
كانت أرصاد رومر الوسيلة التي ساعدت العالم هويجنس من اكتشاف سرعة الضوء التي يصل مقدارها في الثانية الواحدة إلى 2.3*108 م/ث، وقد لاحظ أن هذه السرعة ليس لها حدود.
العالم جاليليو جاليلي
العالم جاليليو جاليلي قام بتقدير سرعة الضوء وذلك من خلال إجراء تجربة في الجبال.
كانت التجربة تتمثل في وقوف شخصين على جبلين يقع أحدهما على بُعد 10 كم من الآخر، ومن ثم يقوم شخص منهما بتشغيل فانوس، ويجب على الشخص الآخر أن يقوم بتشغيله الفانوس الآخر عند رؤية الضوء الصادر منه.
في ذلك الوقت المتراوح ما بين تشغيل الفانوس الأول والفانوس الثاني يتم حساب مقدار الفترة الزمنية بينهما، وهو الوقت اللازم لقطع الضوء مسافة بين الجبل الأول والجبل الثاني، ولكن محاولة جاليليو في قياس الضوء من هذه الطريقة لم تنجح.
العالم إيفانسون
نجح العالم إيفانسون في القرن العشرين في التوصل إلى سرعة الضوء بشكل دقيق وبأخطاء أقل، وكانت قيمة سرعة الضوء في الثانية الواحدة 299,792,457.4 متر في الثانية الواحدة.
أراد العالم إيفانسون الحصول على قيمة دقيقة غير متغيرة لسرعة الضوء، وما ساعده على ذلك وجود الساعات الذرية التي تتمتع بدقة فائقة وتقنية الليزر، وقد لوحظ أن سرعة الضوء الثانية هي 299,792,458م/ث.
كيف يتم قياس سرعة الضوء
يتم قياس سرعة الضوء من خلال ضرب قيمة كل من الطول الموجي في التردد، حيث أن سرعة الضوء تساوي= الطول الموجي * التردد، ويُعبر عن هذه المعادلة الرموز التالية: س ض= ط * ت أو C = λ × F.
يتم إيجاد سرعة الضوء أيضًا بطريقة أخرى والتي تتمثل في: سرعة الضوء = الطول الموجي / الزمن، ويتم التعبير عنه بالرموز التالية: س ض = ط / ز.
طريقة إيجاد سرعة الضوء عبر معامل الانكسار
بشكل نظري يتم التوصل إلى قيمة سرعة الضوء من خلال معامل الانكسار عن طريق المعادلة التالية: سرعة الضوء الفراغ ÷ سرعة الضوء في الوسط.
تشير معادلة معامل الانكسار السابقة إلى أن الحد الأدنى لقيمة المعامل 1 ولا تقل عن هذه القيمة، وعند تجاوز قيمة السرعة هذا الحد فإن سرعة الضوء تكون قليلة.
تبلغ قيمة معامل الانكسار للهواء 1.003، أما عن قيمة معامل الانكسار للكحول 1.36، بينما قيمتها في الزجاج 1.52، وفي الماء 1.33، بينما الفراغ 1، وهذا يعني أن سرعة الضوء متغيرة طبقًا لنوع الوسط.
سرعة الضوء في الماء
كما ذكرنا في السابق أن قيمة معامل الانكسار في سرعة الضوء تصل إلى 1.33، ويتم الحصول على سرعة الضوء من خلال قسمة ثابت سرعة الضوء على معامل الانكسار = 299,792,458 / 1.33 = 225407863.16 متراً في الثانية.
تتغير قيمة سرعة الضوء في الماء عنها في الهواء، ووجود هذا الاختلاف بينهما يؤدي غلى حدوث انكسار الضوء عند نفاذه في البحر، وذلك نظرًا لأن الماء يحتوي فيه داخله على جزئيات تسبب تشتت الضوء.
أقصى حد يمكن أن يصل إليه الضوء في عمق البحر 150 متر، وعند وصول الضوء بمقدار عشر أمتار مياه البحر فإن المياه تمتص الطيف المرئي له من قبل أطواله الموجية.
يصل الطول الموجي الأحمر في الضوء إلى مسافة تُقدر بنحو 15 متر، بينما في الطول الموجي البرتقالي يصل إلى 50 متر، أما في الطول الموجي الأصفر يصل إلى مقدار 30 متر.
أما عن الألوان الأخرى من الأخضر والأزرق والبنفسجي فإن أطوالهم الموجية تصل إلى مسافات أقصر مقارنةً بالأطوال الموجية للألوان السابقة.
