الضوء في الفيزياء

ما هو الضوء؟

الضوء هو الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي تستطيع العين البشرية تمييزه، ويقع الإشعاع الكهرومغناطيسي في الطيف الكهرومغناطيسي الذي يبدأ من الموجات الراديوية، وينتهي بأشعة جاما، ومن الممكن تعريف الضوء بأنه حزم الطاقة التي لا كتلة لها، بالإضافة إلى أنه تيار من الفوتونات، ويعد الفوتون أصغر وحدة من الطاقة التي يمكن نقلها، وينتقل الضوء عن طريق كميات منفصلة، وقد عرفت هذه النظرية باسم نظرية الكم، ولا يوجد أي اختلاف بين الضوء المرئي وأي جزء من أجزاء الطيف الكهرومغناطيسي سوى أن العين البشرية قادرة على اكتشاف موجات الضوء المرئي، والهدف من رؤية البشر للضوء هو أنه الوسيلة الرئيسية لإدراك ما يدور حولهم، فهو أداة قوية لاستكشاف الكون، ومن أهم التفاعلات التي تدل على أهمية الضوء تفاعل الضوء والمادة، إذ يمكن تحديد الكثير من خصائص المادة بهذه الطريقة، ويحدث ذلك من خلال تفاعل مكونات المادة مثل الأيونات والجزيئات والذرات مع الضوء، مما يثير مختلف الظواهر التي تمكن البشر من فهم طبيعة المادة، وقد وُجِدت العديد من الطرق لاكتشاف الضوء وخصائصه مثل الكاميرا فائقة الحساسية القادرة على اكتشاف الفوتونات المنفردة، والكاميرات المتقدمة التي تستخدم لقياس سرعة الضوء، وكاشفات الضوء العلمية، بالإضافة إلى الميكروسكوب الذي يمكنه إظهار العمليات التي تحدث داخل الخلايا الحية.^[١]

الضوء في الفيزياء

يعد الضوء مهمًّا جدًّا في الحياة، إذ يسمح للبشر بالرؤية، وله الكثير من الفوائد، وتوجد الكثير من النظريات الفيزيائية التي درست خصائص الضوء مثل ميكانيكا الكم والنظرية النسبية، وفيما يلي بعض التفاصيل التي تخص النظريات الفيزيائية للضوء:^[٢]

• نظرية ازدواجية الموجة: تعد هذه النظرية من نظريات الكم التي تبين إمكانية وصف الضوء عن طريق البصريات الخطية، والظواهر المتعلقة بالموجات، ومن الممكن وصف الضوء بواسطة معادلات ماكسويل التي تبين انتشار المجال الكهرومغناطيسي في الفضاء، ويمكن وصفه مجهريًّا بأنه كمية الطاقة الموجودة في الفوتونات، وتحدد طاقة الفوتون من خلال حساب ناتج قسمة تردده على طوله الموجي.
• نظرية قطبية الضوء: تعد نظرية قطبية الضوء من نظريات الضوء المثيرة للاهتمام، إذ تنتشر مكونات الضوء مثل المجال المغناطيسي والمجال الكهربائي في الفضاء، فإن كان اتجاه المجال الكهربائي ثابتًا يسمى القطبية الخطية، وإن كان اتجاه المجال الكهربائي دائريًّا حول المحور يسمى القطبية الدائرية، ومن الممكن استغلال هذه الخاصية في صناعة مرشحات استقطابية تسد الضوء من المجال الكهربائي الثابت وتستقطب أشعة الضوء بعشوائية عن طريق تمريرها من خلاله.
• تفاعل الضوء والمادة: تعد نظرية تفاعل الضوء والمادة من أهم النظريات التي تبين سبب رؤية بعض الأجسام وعدم القدرة على رؤية الأجسام الأخرى، فعند تسليط ضوء على مادة أو جسم معين من الممكن أن يمتص الجسم الضوء، مما يعني أنه غير شفاف للضوء، وإن لم يمتص الضوء فإنه يمر عبر الجسم، ومن الممكن تغيير العديد من خصائص المادة باستخدام الفوتون مثل تحويل المادة غير الموصلة إلى موصلة، ومن خلال هذه النظرية أُنتِج شعاع الليزر، ويعد هذا الاختراع من الاختراعات التي أحدثت ثورة تكنولوجية حقيقية.

ما هي خصائص الضوء؟

توجد العديد من الخصائص للضوء هي الانعكاس، والانكسار، والحيود، والتداخل، والتشتت، والاستقطاب، إذ يسلك الضوء سلوكًا مختلفًا عند سقوطه على مواد مختلفة، فعند سقوطه على جسم شفاف يمر إلى الجانب الآخر، وهذا ما يمكّننا من الرؤية عبر الأجسام الشفافة، كما يسلك سلوكًا مختلفًا عندما يسقط على جسم غير شفاف، إذ يمتص الضوء وتتحول الطاقة من طاقة ضوئية إلى طاقة حرارية، ويعد الجسم الأسود الأكثر امتصاصًا للضوء، وعندما يسقط على سطح أملس لامع يرتد في اتجاه محدد، وتسمى هذه الخاصية باسم انعكاس الضوء.^[٣]

عندما يسقط الضوء على مادة ويصطدم بها ينعكس بزاوية تسمى زاوية السقوط، ولكن إن كانت المادة التي يسقط الضوء عليها شفافة للضوء سيدخل الشعاع إلى المادة الثانية بمؤشر انكسار مختلف، وتكون زاوية الانكسار مختلفة عن زاوية السقوط، أما بالنسبة للتشتت فهو يحدث بسبب اختلاف مؤشرات الانكسار للأطوال الموجية المختلفة، ومن الممكن رؤية ذلك من خلال تسليط شعاع الضوء الأبيض ليصطدم بمنشور ثلاثي زجاجي، مما يؤدي إلى انكسار الضوء الأبيض بزوايا مختلفة، إذ تنتج الموجات الحمراء لأعلى الأطوال الموجية، والموجات البنفسجية للأطوال الموجية الأقصر، وغيرها من الأطوال الموجية، ويحدث امتصاص الضوء عندما يدخل الشعاع إلى مادة شفافة، مما يؤدي إلى تبدد بعض طاقته وتتحول إلى طاقة حرارية، الأمر الذي يؤدي إلى فقدانه جزءًا من شدته، وتعد خاصية اهتزاز الضوء من الخصائص المهمة للضوء، إذ يهتز الضوء في كافة الاتجاهات بالتساوي متعامدًا على اتجاه انتشاره، ويسمى المسار الذي يهتز الضوء به مسار الاهتزاز.^[٤]

من حياتكِ لكِ

تحقق التجارب العلمية نجاحًا كبيرًا في تدريس وتعليم طفلكِ خصائص الضوء المختلفة داخل المنزل، لذلك وفرت لكِ حياتكِ بعض النصائح كي تجري هذه التجارب، إذ يجب أن تحضري العديد من الأدوات من أجل إعداد تجربة علمية لطفلكِ داخل منزلكِ، وفي هذه التجربة سوف تحتاجين إلى مرآة، ومصباح يدوي، وأي شيء معتم أو ورقة، بالإضافة إلى عدسة مكبرة، وقلم، وورقة، كل تلك الأدوات يمكنكِ إيجادها في منزلكِ، وتسهم هذه التجربة في تعليم طفلكِ العديد من خصائص الضوء مثل الاختراق الذي يعني مرور الضوء من خلال الورقة إلى الجانب الآخر، والانعكاس الذي يعني ارتداد الضوء عند تسليط ضوء المصباح على المرآة، وغيرها من التعريفات، كما تلزمكِ الأوراق الملونة والأقلام كي تكتبي أو ترسمي ما يحدث للضوء في كل تجربة، ويمكنكِ إجراء العديد من التجارب والأنشطة المختلفة باستخدام هذه الأدوات.^[٥]

المراجع

1. ↑ Andor, "What is Light - An Overview of the Properties of Light"، oxinst, Retrieved 2020-6-20. Edited.
2. ↑ Yaron Gross (2012-7-17), "THE PHYSICS OF LIGHT "، davidson , Retrieved 2020-6-20. Edited.
3. ↑ "What are 7 Basic Properties of Light?", physicsabout,2020-1-21، Retrieved 20-6-2020. Edited.
4. ↑ Prof. Stephen A. Nelson (2014-10-17), "Properties of Light and Examination of Isotropic Substances"، tulane, Retrieved 23-6-2020. Edited.
5. ↑ "3 Super Simple Light Experiments for Kids", handsonaswegrow, Retrieved 21-6-2020. Edited.