محتويات
سرعة الضوء في الماء وفي الأوساط المختلفة
هل تختلف سرعة الضوء في الماء عنها في الأوساط المختلفة؟ يُعد الضوء أسرع شيء متحرك في الكون، إذ تُعد سرعته حاجزًا ثابتًا وغير قابل للكسر،[١] وعندما ينتقل الضوء من وسط إلى آخر فإن سرعته تتغير، إذ تقل سرعته ويقل طوله الموجي عندما يمر في الماء أو في أوساط أخرى، وتُعد أعلى سرعة للضوء هي سرعته في الفراغ، حيث تبلغ 300,000 كيلومتر في الثانية تقريباً، وتقل هذه السرعة في الوسط المائي لتبلغ 225,000 كيلومتر في الثانية، وفي الزجاج تبلغ سرعة الضوء 200,000 كيلومتر في الثانية.[٢]
كيف يمكن قياس سرعة الضوء في الماء؟
كان العلماء يعتقدون أن سرعة الضوء كبيرة جدًا لدرجة لا يمكن قياسها أو أنها لانهائية، واستمر ذلك الاعتقاد حتى عام 1676م عندما قام العالم أولي رومر ( Ole Roemer) بقياس سرعة الضوء لأول مرة.[٣] وفيما يأتي كيفية قياس سرعة الضوء في الماء عمليًا وحسابيًا:
تجربة قياس سرعة الضوء في الماء
تقوم هذه التجربة على أساس قياس سرعة الضوء في الماء، بحيث تكون النتيجة النهائية للتجربة هي المعادلة التي يتم استخدامها لقياس معامل انكسار الماء وبالتالي قياس سرعة الضوء في الماء، وتتطلب هذه التجربة تحضير وعمل الخطوات الآتية:[٤]
- جلب حوض سمك فارغ ووضع قرص مضغوط (CD) على أحد جوانبه الداخلية.
- وضع رسم بياني على الجانب الآخر من الحوض من الخارج.
- توجيه مؤشر الليزر عموديًا على القرص المضغوط عند ارتفاع معين من الحوض.
- يتم بعد ذلك قياس عمق الحوض قبل وبعد وضع الماء.
- استخدام المعادلات الفيزيائية لاشتقاق المعادلة التي يتم من خلالها حساب سرعة الضوء.
كيفية قياس سرعة الضوء في الماء حسابيًا
من خصائص الضوء أنه توجد علاقة بسيطة بين سرعته وطوله الموجي وتردده، يعني ذلك أنه من خلال الطول الموجي والتردد للضوء يمكننا حساب سرعته من خلال المعادلة الآتية:[٥]
سرعة الضوء = طوله الموجي × التردد
ويعبّر عنه بالإنجليزية: c = f، إذ إن:
- c: ثابت سرعة الضوء ويساوي 300,000 كيلومتر/ الثانية..
- : الطول الموجي.
- f: التردد.
وبتعويض التردد والطول الموجي في المعادلة تنتج سرعة الضوء في الفراغ.
ما هي خصائص الضوء في الماء؟
من أبرز خصائص الضوء في الماء ما يأتي:[٦]
- انكسار الضوء: يعد الانكسار من أبرز خصائص الضوء، إذ تنكسر أشعة الضوء في الماء عند دخولها بأي زاوية منحنية لأن موجات الضوء تنتقل في الماء بسرعة أبطأ من الهواء.
- انعكاس الضوء: تنعكس بعض أشعة الضوء الصادرة من الشمس عن سطح الماء ولا تدخله، بحيث تنحرف إلى مسارات اتجاهية جديدة خارج الماء.
كيفية عمل تجربة انكسار الضوء في الماء
تتطلب تجربة انكسار الضوء في الماء إلى؛ ورقة، كأس زجاجي، قلم تخطيط وماء وتتبع الخطوات الآتية:[٧]
- رسم سهمين أحدهما في أعلى الورقة والآخر في أسفل الورقة ويجب أن يكون السهمان في نفس الاتجاه.
- تعبئة الكأس الزجاجي بالماء.
- وضع الورقة بجانب الكأس الزجاجي، بحيث نرى السهم السفلي من خلال الكأس.
- ستلاحظ انعكاس السهم السفلي بحيث تغير اتجاهه عن النظر إليه من خلال الكأس الزجاجي.
وتم تفسير ظاهرة الانكسار على أن الضوء ينحني عندما ينتقل من وسط إلى آخر ومن خلال التجربة انتقل الضوء من صورة السهم عبر الهواء ثم عبر الكوب الزجاجي إلى الماء وأخيراً خرج من الكوب الزجاجي إلى الهواء مرة أخرى قبل أن يتم رؤيته، بحيث ينكسر الضوء عند مروره من وسط إلى آخر بسبب اختلاف سرعة الضوء عبر تلك الأوساط، فتقل سرعة الضوء في الماء عن سرعته في الهواء، وتقل أيضًا في الزجاج عن سرعته في الماء، هذه يعني أن الضوء انحنى في المرة الأولى عندما انتقل من الزجاج إلى الماء وانحنى للمرة الثانية عندما انتقل من الكأس الزجاجي للهواء.[٧]
المراجع
- ↑ "What is the Speed of Light?", universetoday, Retrieved 27/5/2021. Edited.
- ↑ "Speed of Light", olympus-lifescience, Retrieved 27/5/2021. Edited.
- ↑ "Ole Roemer and the Speed of Light", amnh, Retrieved 9/6/2021. Edited.
- ↑ "Measuring the Speed of Light in Water Using a CD", researchgate, Retrieved 11/6/2021. Edited.
- ↑ "Formula - Light", sites, Retrieved 9/6/2021. Edited.
- ↑ "Optical properties", britannica, Retrieved 9/6/2021. Edited.
- ^ أ ب "Light Refraction Science Experiment", coolscienceexperimentshq, Retrieved 9/6/2021. Edited.
