كيف يمكنك تحديد مسار الضوء في الهواء

تُواجهك الكثير من التساؤلات حين تدرس مادة الفيزياء التي يحتاج العقل إلى إيجاد تفسير علمي ومنطقي لها، وقد أسهمت القوانين الفيزيائية التي اجتهد في وضعها العلماء في تفسير الكثير منها على مر العصور، ومن ضمن تلك التساؤلات كيف يُمكننا تحديد مسار الضوء في الهواء وما هي العوامل التي قد تُؤثر في سيره؟ تبعًا قوانين علمية نتجت عن تجارب عدة لتضع تفسيرًا صحيحًا مُطابقًا للمنطق البشري.

العناوين الرئيسية

تحديد مسار الضوء في الهواء

يسير الضوء في خطوط مستقيمة ما لم يقطعه حاجز، ومن ثم فإنه يسير من خلال الهواء، الزجاج، الماء، الماس، وأي مادة أخرى، كما يسير في الفراغ مُتبعًا مسارًا غاية في الاستقامة بسرعة ثابتة أطلق عليها العلماء اسم “سرعة الضوء في الفراغ”، وهي إحدى الثوابت الفيزيائية التي قدرها “299,792,458 متر/ثانية” أي حواليّ “186,282 ميل/ثانية”، ويُمكن تحديد مساره من خلال تجربة عملية كما يلي:

نُحضر مصباح كهربي،واثنين من المشابك، بطاقة، مرآة، مثقاب.
نثقب البطاقة من منتصفها ونُثبتها بشكل رأسيّ على المنضدة بالمشّبكين.
نُغلق أي مصدر للضوء في الحجة ونستخدم بعدها المصباح الكهربي “الكشاف” لتسليط الضوء على الثقب الموجود في البطاقة.
نأتي بالمرأة من الناحية المقابلة للبطاقة ونُحركها في شتى الاتجاهات لتعكس ضوء المصباح الساقط عليها.
نُكرر الحركة حتى نُوجه المرآة لأن تعكس الضوء للبطاقة، وستجده يظهر على هيئة بقعة بيضاء.
تلك التجربة تُثبت قاعدتين مهمتين ألا وهما أن الشعاع الضوئي قد سار في خط مستقيم، وأن المرآة قد عكست مساره أي غيرته حين تعرض لحاجز.

ولا يفوتك أيضًا:- ما الأداة التي تفرق الأشعة الضوئية المنكسرة

تحديد مسار الضوء في الهواء

ماهية الضوء

يُعرف علميًا بكونه شعاع كهرومغناطيسي يُمكن للعين البشرية تمييزه، مصدره الأساسي لكوكب الأرض هو الشمس، فضلًا عن الضوء الصناعي المنبعث من المصابيح الكهربية، ويُمكن تفصيله في عدة نقاط كالتالي:

يشتمل على نطاق كبير من الأطوال الموجية تبدأ بأشعة “جاما” ذات الطول الموجي الأقصر على الإطلاق، ووصولًا إلى موجات “الراديو” التي تُقاس بالأمتار.
أما عن الأطوال الموجية التي يُمكن للإنسان أن يراها بعينه فأطلق عليها العلماء مُسمى “الموجات المرئية”، وتلك التي لا يتمكن من رؤيتها سُميت بــ”الموجات الغير مرئية”.
يُشار للضوء على أنه المنطقة ذات الطيف المجاور الموجات المرئية، بحيث تكون الأشعة التحت حمراء على أحد جانبيه، والأشعة فوق البنفسجية على الجانب الآخر.

أنواع الضوء

قسمه العلماء إلى قسمين تبعًا لقدرة الإنسان على رؤيته، ألا وهما:

الموجات المرئية.
موجات غير المرئية.

الموجات المرئية

هي التي تُعرف بالطيف المرئي، وهو طيف واحد فقط من الإشعاع الكهرومغناطيسي، ويتميز بتردده المحدد وطوله الموجي المتراوح ما بين الحد الأدنى وهو الربع مائة نانومتر ” الخاص بالضوء البنفسجي”، والحد الأقصى وهو السبعمائة نانو متر ” الخاص بالضوء الأحمر.

الجدير بالذكر هنا أن هذا النطاق يضم سبعة ألوان وهي الخاصة بالطيف، والناتجة عن تحلل الضوء الأبيض إلى “أحمر، برتقالي، أصفر، أخضر، أزرق، نيلي، بنفسجي”، وهي الألوان المكونة لقوس القزح.

اقرأ المزيد:- من أول من أثبت أن للهواء كتلة؟

الموجات الغير مرئية

يُعرف بالطيف الغير مرئي حيث لا يراها الإنسان بعينه المجردة نظرًا لتركيبة العين المميزة، ولكنها قد تُؤثر عليه بالضرر حين يتعرض إليها بشكل مباشر، فقد يتسبب في عدة أمراض كحساسية الجلد وسرطان وأمراض شبكية العين، وخاصةً بعد اتساع ثقب الأوزون كناتج أول تلوث كوكب الأرض والغازات والأدخنة الضارة، وتلك الموجات تنقسم إلى نوعين:

أمواج ذات طول موجي طويل: هي التي تشمل الموجات تحت الحمراء، والراديو، المايكروويف.
أمواج ذات طول موجي قصير: هي التي تضم الموجات الفوق بنفسجية، أشعة جاما، الموجات السينية.
يُمكن الإشارة أنه تم اكتشاف أن عين النحلة بتركيبتها الفريدة قادرة على رؤية الموجات الفوق بنفسجية.

إمكانية رؤية الشعاع الضوئي في الهواء؟

حين نُواجه ذلك السؤال قد يتسرع البعض في إجابته بــ “لا”، حيث أن البعض يرى أنه إذا أضاء الغرفة فكل ما يتمكن من رؤيته هو النور، أو أنه حين يسير في الشوارع والشمس ساطعة فإنه يستشعر ضوءها فقط، لكن إذا فكرنا مليًا سنجد إجابة أخرى تمامًا عن هذا التساؤل كما يلي:

الشعاع الضوئي حقًا يُمكن أن نراه كشعاع وليس فقط كنورًا يُضئ ما حولنا، ولكن كيف ذلك؟، وجدنا أن الإجابة على ذلك السؤال تكمن في كم الغبار المتواجد في الحجرة أو الشارع الذي تسير فيه، فإن كان هناك غبارًا فأنت حتمًا سترى ذلك الشعاع في ذرات الغبار المتطاير في الهواء.
كلما زاد الغبار كانت رؤيتك لأشعة الضوء بشكل ملحوظ أكثر، أما سبب عدم رؤية الشعاع في كثير من الأحيان هو انعدام وجود الغبار فيها.

ولا يفوتك أيضًا:- من هو مكتشف الأشعة السينية فيلهلم كونراد رونتغن

طرق يتغير بها مسار الضوء

قد علمنا أن الضوء يُغير وجوده بمجرد ارتطامه بحاجز أو عائق، ولكن هل يختلف تغير المسار من حاجز إلى آخر؟، وما هي النتيجة التي تظهر عند تغير المسار؟، ومن ثَم أوضح علماء الفيزياء أن هناك عدة احتمالات لتغير المسار، وهي كالتالي:

انعكاس الضوء: لابد وأن يسقط الشعاع الضوئي على إحدى الأسطح الملساء كالمرآة، أو الماء الصافي، أو أي سطح معدني أملس، ليتحقق شرط الانعكاس، والذي يُعرف علميًا بأنه ارتداد الشعاع للخلف مرة أخرى ويُسمى الشعاع المرتد باسم “الشعاع المنعكس”.

انكسار الضوء: ينتج من مرور الضوء ما بين وسطين مختلفين في الكثافة أو ما بين مادتين شفافتين، كأن يمر من الهواء إلى الماء، فينتج عنه “شعاع منكسر” أي منحني عن مسار الشعاع الأصلي، وله استخدامات عدة في تصنيع العدسات وتصحيح الشبكية وضبط نظارات الرؤية، كما أنه هو المسئول الأساسي في تكوين “قوس قزح”، والمسئول عن تسليط الضوء ناحية شبكية العين.

امتصاص الضوء: يحدث ذلك حين يمر الشعاع الضوئي خلال مادة لديها القابلية على امتصاصه وتحويله إلى طاقتها الداخلية، فيفقد جزءًا على هيئة حرارة، وتقل شدته حينها ويتم امتصاص ألوان معينة منه، وتظهر بعدها الألوان التي لم تتمكن المادة من امتصاصها.

التشتت: هو خاصية تحدث فقط حين يعبر الشعاع الضوئي على منشور ثلاثي الأضلاع مصنوع من الزجاج، حينها ينكسر كل لون من الألوان السبع المكونة للضوء الأبيض بزاوية مختلفة عن الآخر ليظهر ما يسمى بظاهرة “التشتت”.

أهمية الضوء في حياة الكوكب

يُعد الضوء من أهم المصادر التي حبى الله بها كوكب الأرض، والذي يستمد أهميته من كونه عنصرًا أساسيًا للحياة على الكوكب، نظرًا وضرورته في كلٍ مما يلي:

إتمام عملية البناء الضوئي للنباتات على سطح الأرض.
فضلًا عن دور الشمس في إنارة الأرض وتدفئتها.
كون الإنسان لن يتمكن من الرؤيا إلا بمساعدة الضوء، وكذلك سائر الحيوانات.
يُستخدم في الكثير من التقنيات الحديثة وخاصةً في مجال الاتصالات، الذي أصبح استعمال الألياف البصرية فيه من أهم الأشياء للوصول إلى سرعة فائقة وجودة مبهورة.

الضوء هو أبرز الظواهر الفيزيائية التي خصها العلماء بالقوانين، نظرًا لأهميته القصوى في حياتنا بل وكافة الكائنات الحية على سطح الأرض، ولكننا نرى أن الضوء يسير في شتى المسارات وفي سائر الاتجاهات، ويجهل بعضنا العوامل التي قد تتحكم في مساره، فقد كانت تلك العوامل محطًا لتوضيح الكثير من خصائص الضوء والتعرف على ذلك الشعاع الذي حير الملايين أمره، لنتعرف على كيفية تحديد مسار الضوء في الهواء وهل يُمكننا أن نرى ذلك الشعاع في الهواء أم لا؟.