هل الضوء مادة ولماذا؟ اختلف الفيزيائيون منذ آلاف السنين حول ما إذا كان الضوء مادة أم موجات كهرومغناطيسية، واستمر الاختلاف لعدة قرون.
تعريف الضوء
- الضوء هو إشعاع كهرومغناطيسي ينتشر في نطاق محدد ومحدد من ترددات الإشعاع الكهرومغناطيسي.
- بالإضافة إلى ذلك، يمكن رؤية هذه الأشعة بوضوح بالعين المجردة، على عكس الموجات الكهرومغناطيسية الأخرى التي لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة.
- إنها أيضًا حالة تنتشر بسرعة كبيرة جدًا، حوالي ثلاثمائة ألف كيلومتر في الثانية، لأن هذا الضوء ينتشر على شكل موجات اهتزازية.
- أيضًا، يبلغ الطول الموجي للضوء الذي يمكن رؤيته بالعين المجردة حوالي 700000 نانومتر، وهذا الطول بين الأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية.
- حيث تعتمد رؤية الإنسان للألوان على طبيعة الضوء العادي بالعين المجردة، بالإضافة إلى تحليل العين والدماغ لطبيعة تلك الألوان المختلفة.
خصائص الضوء
هناك العديد من الخصائص المختلفة للضوء وهي:
1- كسر
- الانكسار هو خاصية للضوء، وهو تغير في مسار موجات الضوء عندما تمر تلك الموجات من وسط مادي إلى وسط مادي مختلف تمامًا عنه.
- أثناء انتقال الضوء وانتشاره بين الوسائط الفيزيائية المختلفة، ينكسر بزاوية معينة، والتي تختلف باختلاف سرعة انتشار الضوء، حيث ينكسر الضوء في الهواء أسرع منه في الماء.
2- التداخل
- يعتبر التداخل من أهم خصائص الضوء. عندما تلتقي موجتان ضوئيتان في نفس المكان، ستتداخل الموجتان مع بعضهما البعض لأن كل موجة تحتوي على قمة وحوض.
- عند حدوث تداخل، تلتقي قمم الموجتين أو تنقص من بعضها البعض، وفي هذه الحالة يصبح الضوء أقوى من الضوء الناتج عن موجة واحدة.
- بالإضافة إلى ذلك، هناك ما يسمى بالتداخل المدمر، وهذا النوع من التداخل يجب أن يحدث عندما تقابل قمة موجة ضوئية قمة موجة أخرى، لأن الموجة تقلل من ارتفاع الموجة الأخرى عندما تصبح نقطة التقاء بينهما. . مظلم تماما.
3- الانعراج والانتشار
- من المعروف أن الضوء ينتقل في خطوط مستقيمة، ولكن عندما يمر الضوء من خلال فتحة صغيرة، تنتشر موجات الضوء أثناء مرورها عبر الحافة الصغيرة، وهذا ما يعرف بخاصية الانعراج.
- هذه الميزة مفيدة للدراسات والأبحاث التي تتناول دراسة ألوان مختلفة من إشعاع الضوء من خلال استخدام حواجز شبكية الحيود.
- يحتوي هذا الكاشف على العديد من الفتحات الصغيرة التي تتسبب في تشتيت موجات الضوء بكمية صغيرة جدًا عند المرور عبر هذه الفتحات.
- بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام هذه الوحدة لتعلم وتحليل الألوان المختلفة القادمة من النجوم، ومن الممكن أيضًا معرفة المواد التي تتكون منها النجوم.
4- الانعكاس والتشتت
- يتميز الضوء بخاصية الانعكاس والتشتت، وعند تعرض جسم معين لأشعة الضوء، يخزن هذا الجسم الطاقة ثم يعيد نقلها في جميع الاتجاهات المختلفة، وتسمى هذه الخاصية خاصية الانعكاس.
- بالنسبة للتشتت، تظهر خاصية الضوء هذه عندما تختلف مؤشرات انكسار الضوء بسبب الاختلاف في الطول الموجي لأشعة الضوء.
5- الاستقطاب
- يمكن للمرء أن يلاحظ خاصية الاستقطاب عن طريق تسليط شعاع من الضوء على بلورة زجاجية معينة، حيث يكون موازياً لبلورة شفافة أخرى، ويجب تدوير إحداها بزاوية قائمة.
- في هذه الحالة، لا يمكن لأشعة الضوء أن تمر من خلالها، وبالتالي، من خلال خاصية انعكاس الضوء، من الممكن الحصول على أشعة الضوء التي تخضع لعملية الاستقطاب. بالإضافة إلى ذلك، غالبًا ما تكون أشعة الضوء مستقطبة بزاوية. حالات.
هل الضوء مادة ولماذا؟
- اختلف الفيزيائيون في طبيعة موجات الضوء، وكان العالم نيوتن أول من أجرى بحثًا في هذا المجال، حيث قال إن موجات الضوء هي فيضان كبير من جزيئات المواد الدقيقة.
- وبناءً على هذا التصور استطاع هذا العالم شرح جميع الظواهر الطبيعية في ذلك الوقت، لذلك تنعكس الموجات الضوئية عند سقوطها على الأسطح العادية، لأن زاوية سقوط أشعة الضوء تساوي زاوية الانعكاس. .
- كان للعالم الهولندي Huygens رأي مختلف تمامًا عن رأي نيوتن، لأنه رأى أن أشعة الضوء هي موجات تنعكس مثل الموجات الصوتية.
- حيث يرى هذا العالم أن الضوء ينتقل بسرعة عبر الماء، بينما تتباطأ سرعة الضوء في الهواء، فتنكسر أشعة الضوء، وفي هذه الحالة تكون أشعة الضوء موجات.
- بالإضافة إلى ذلك، قبل الفيزيائيون وجهة نظر نيوتن بأن أشعة الضوء هي جسيمات فيزيائية.
النور في القرن التاسع
- في بداية القرن التاسع ظهر الفيزيائي توماس، الذي أيد رأي العالم Huygens وخلص إلى أن خاصية تداخل الضوء، والتي ليس لها تفسير سوى أن أشعة الضوء هي موجات وجسيمات غير مادية.
- حيث استمر هذا الخلاف والنقاش بين هؤلاء العلماء لمدة 25 عامًا، حتى ظهر الفيزيائي فرانزل الذي استطاع قياس سرعة وانتشار أشعة الضوء في الهواء والماء.
- لقد أثبت صحة نظرية هيغنز القائلة بأن الضوء موجة وليس مادة، وبالتالي سقطت نظرية نيوتن.
- لكن العالم أينشتاين لاحظ أنه عند سقوط الأشعة الضوئية أو توجيهها إلى الأسطح المعدنية، تنتشر الإلكترونيات الضوئية على المعدن الفوضوي والمبعثر، وهذا يعتبر غير طبيعي بالنسبة لها، خاصة إذا كان الضوء عبارة عن موجة.
- كما أشار إلى أن الإلكترونيات الضوئية تظل ثابتة ولا تتغير بغض النظر عما إذا كان شعاع الضوء قويًا أم ضعيفًا.
- لذلك افترض أينشتاين أن أشعة الضوء عبارة عن حزم ضوئية بدقة عالية، تنتقل هذه الحزم وتنتشر على شكل موجات.
كيفية قياس سرعة الضوء
- حاول العديد من الفيزيائيين تطوير عدة طرق مختلفة لقياس وحساب سرعة الضوء. قانون السرعة هو أول من يهددهم. ينص هذا القانون على أن سرعة الضوء تساوي مسافة الضوء مقسومة على الوقت.
- لكن الأمر مختلف تمامًا، لأن سرعة الضوء أكبر من أن تُقاس بسهولة. لقد جرب العديد من العلماء العديد من التجارب لقياس سرعة الضوء بدقة، لكنهم لم يتمكنوا من القيام بذلك.
- بعد ذلك، تم استخدام الساعات الذرية والليزر لقياس سرعة الضوء لأنها حققت نتائج أكثر دقة من ذي قبل.
- بعد نهاية عام 1970 استطاع العديد من العلماء قياس سرعة الضوء ووصل هؤلاء العلماء إلى قيمة دقة عالية، حيث أعطيت سرعة الضوء قيمة ثابتة لا تتغير وهي 792457.4 مترًا في الثانية.
- بالإضافة إلى ذلك، فإن سرعة الضوء في الفراغ ثابتة تمامًا، ولا يمكن أن تتغير، لأن سرعة الضوء تعتبر من أعلى السرعات في الوجود.
مصادر الاضاءة
هناك العديد من مصادر الضوء، بعضها طبيعي والبعض الآخر اصطناعي.
1- مصادر الضوء الطبيعي
- تعد الشمس والنجوم من أهم المصادر الطبيعية للضوء على سطح الأرض، حيث تنتج كل من الشمس والنجوم أشعة الضوء بسبب ارتفاع درجة حرارتها.
- كما أن القمر مصدر طبيعي للضوء، لأن القمر من الأشياء التي تعكس أشعة الضوء، حيث يظهر القمر للمشاهد كمصدر للضوء، ولكن الحقيقة هي عكس ذلك، لأن القمر يضيء من أشعة الضوء. . شمس.
- مصدر آخر مهم للضوء الطبيعي هو التلألؤ البيولوجي لبعض الكائنات الحية، وخاصة الكائنات البحرية مثل قنديل البحر واليراعات، والتي تبعث الضوء المرئي لجذب الكائنات الحية الأخرى.
2- مصادر الضوء الصناعي
يوجد العديد من مصادر الإضاءة الصناعية والكهربائية ومن أهمها.
مصابح زيتية
- يعود استخدام هذه المصابيح إلى م. من القرن الثامن عشر، حيث تتكون هذه المصابيح من مصدر رئيسي للوقود بالإضافة إلى وعاء معدني للتحكم في احتراق الوقود وكذلك للتحكم في قوة الضوء وشدته.
- في وقت لاحق، تم تطوير هذه المصابيح وأضيفت العديد من المداخن المصنوعة من الزجاج لمنع اللهب من الخروج وحمايته من الهواء المحيط.
مصابيح الوقود
- تعتبر المصابيح الزيتية من أهم المصادر الصناعية للضوء، حيث تم استخدامها منذ القدم، وكانت أنواع الوقود المستخدمة في ذلك الوقت هي الشمع وزيت الزيتون وزيت السمك وزيت جوز الهند.
- ولكن في عام 1859 ظهرت مصابيح الكيروسين ومصابيح الغاز والفحم مع بداية تعدين الفحم.
مصابيح الغاز
- يعتبر العالم الألماني فريدريك أول من اخترع مصابيح الغاز، حيث حصل هذا العالم على براءة اختراع لاستخدام غاز الفحم للإضاءة في عام 1804.
- انتشر استخدام مصابيح الغاز على نطاق واسع في الولايات المتحدة الأمريكية وأوروبا، ولكن تم استبدال هذه المصابيح بالإضاءة الكهربائية في أوائل القرن التاسع عشر.
مصابيح كهربائية
- اخترع الفيزيائي توماس إديسون المصابيح الكهربائية، مستخدمًا تيارًا كهربائيًا منخفضًا وخيوطًا كربونية صغيرة لإلقاء الضوء عبر مساحة واسعة من الفضاء.
- نجح هذا العالم في اختراع المصابيح التي كانت تستخدم لفترة طويلة.
مصابيح فلورسنت
- اخترع Hans و Meyer و Germain مصابيح الفلورسنت المغلقة بالداخل لزيادة الكفاءة.
- بالإضافة إلى ذلك، تم استخدام البريليوم في طلاء هذه المصابيح، ثم تم استبدال البريليوم بمواد كيميائية أخرى أكثر أمانًا وفعالية من هذه المادة.
مصابيح الهالوجين
- مصابيح الهالوجين هي واحدة من أنواع المصابيح المتوهجة المتقدمة والمحسنة. اخترع هذا النوع من المصابيح المهندس موبي، الذي حصل على براءة اختراع من الولايات المتحدة الأمريكية لمصباح الهالوجين.
- نظرًا لأنه يمكن استخدام مصباح التنجستن كمقبس مصباح، بالإضافة إلى ذلك، تم تطوير العديد من الطرق لتصنيع هذه المصابيح وتطويرها.
أنواع الضوء
هناك نوعان من الأشعة السينية.
1- الضوء المرئي
- إنه أحد أشعة الضوء الكهرومغناطيسي، وهذا النوع من الضوء له تردد واحد، ويمكن للإنسان أن يرى ذلك الضوء.
- يتراوح الطول الموجي لهذا الضوء بين 400 و 700 نانومتر لأن هذا الضوء يشمل الموجات الطويلة وهي الأمواج الحمراء بينما تمثل الأشعة البنفسجية الموجات القصيرة.
2- ضوء غير مرئي
هذا الضوء عبارة عن طيف واسع وكبير من أشعة الضوء الكهرومغناطيسية، وينقسم هذا الضوء إلى جزأين ؛
- الموجات الطويلة تشمل هذه الموجات موجات الراديو والميكروويف والأشعة تحت الحمراء.
- الموجات القصيرة تشمل هذه الموجات الأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية لأن العين البشرية لا تستطيع رؤية هذا الضوء، لكن بعض الحيوانات يمكنها رؤية الأشعة فوق البنفسجية، مثل النحل.
في نهاية المقال حول هل الضوء مادة ولماذا ؟، قدمنا كل المعلومات عن الضوء ومصادره الطبيعية والاصطناعية، هل الضوء مادة ولماذا.