نفسر كل شيء عن الضوء ، وتاريخ دراسته ، وكيف ينتشر وخصائص أخرى. بالإضافة إلى الضوء الطبيعي والاصطناعي.
ما هو الضوء
ما نسميه الضوء هو جزء من المجال الكهرومغناطيسي التي يمكن أن تدركها العين البشرية. هناك ، بصرف النظر عن الضوء ، أشكال مختلفة من الإشعاع الكهرومغناطيسي في كون، والذي ينتشر من خلال الفراغ والنقل طاقة من مكان إلى آخر (مثل الأشعة فوق البنفسجية أو الأشعة السينية) ، ولكن لا يمكن رؤية أي منها بشكل طبيعي.
يتكون الضوء المرئي من الفوتونات (من الكلمة اليونانية phos ، "ضوء"), نوع من حبيبات العناصر الأساسية تفتقر الجماعية. تتصرف الفوتونات بطريقة مزدوجة: كموجات وكجسيمات. تمنح هذه الازدواجية الضوء بخصائص فيزيائية فريدة.
ال بصريات هو فرع من جسدي - بدني الذي يدرس الضوء وخصائصه وسلوكه وتفاعله وتأثيراته على موضوع. ومع ذلك ، فإن الضوء هو دراسة العديد من الآخرين التخصصات مثل كيمياء، النسبية العامة أو الفيزياء الكم، من بين أمور أخرى.
تاريخ الضوء
لقد أثارت طبيعة الضوء اهتمام الجنس البشري إلى الأبد. في العصور القديمة كانت تعتبر خاصية للمادة ، شيء ينبثق من الأشياء. كما تم ربطه بـ شمس، الملك النجم في معظم دول الأديان ص وجهات نظر العالم التابع إنسانية بدائي وبالتالي أيضًا مع الحرارة ومع الحياة.
لقد فهم الإغريق القدماء الضوء على أنه شيء قريب من حقيقة من الأشياء. تمت دراستها من قبل فلاسفة مثل Empedocles و Euclides ، الذين اكتشفوا بالفعل العديد من خصائصه الفيزيائية. من عصر النهضة في أوروبا ، في القرن الخامس عشر ، أخذت دراستها وتطبيقها على حياة الإنسان دفعة كبيرة ، مع تطور الفيزياء الحديثة و بصريات.
في وقت لاحق ، وإدارة كهرباء يسمح بالإضاءة الاصطناعية للمنازل و مدن، التوقف عن الاعتماد على الشمس أو الاحتراق الوقود (مصابيح ديزل أو كيروسين). وهكذا تم زرع أسس الهندسة البصرية التي تطورت في القرن العشرين.
بفضل الإلكترونيات والبصريات ، كان من الممكن تطوير تطبيقات للضوء لم يكن من الممكن تصورها قبل قرون. زاد فهمنا لأعمالها الفيزيائية ، جزئيًا بفضل نظريات الكم والتقدم الهائل في الفيزياء والكيمياء الذي حدث بفضلها.
بفضل الضوء ودراسته موجودة التقنيات متباينة مثل الليزر ، مسرح فيلم، ال التصويرأو التصوير الفوتوغرافي أو الألواح الشمسية.
خصائص الضوء
الضوء عبارة عن انبعاث متموج وجسيمي للفوتونات ، أي أنه يتصرف في نفس الوقت كما لو كان مصنوعًا من أمواج والمادة.
إنها تتحرك دائمًا في خط مستقيم ، بسرعة محددة وثابتة. ال تكرر من موجات الضوء تحدد مستوى الطاقة الضوئية، وهو ما يميز الضوء المرئي عن أشكال الإشعاع الأخرى.
على الرغم من أن الضوء بشكل عام (سواء من الشمس أو من المصباح) يبدو أبيضًا ، إلا أنه يحتوي على موجات ذات أطوال موجية تتوافق مع كل لون في الطيف المرئي.
يمكن إثبات ذلك من خلال توجيهه إلى منشور وتقسيمه إلى نغمات قوس المطر. إن كون الشيء له لون معين هو نتيجة امتصاص صبغة الجسم لأطوال موجية معينة وتعكس الأخرى ، مما يعكس الطول الموجي للكائن. اللون ما نراه.
إذا رأينا جسمًا أبيض ، فذلك لأن الصباغ يعكس كل الضوء المنبعث منه ، كل الأطوال الموجية. من ناحية أخرى ، إذا رأيناها سوداء ، فذلك لأنها تمتص كل الضوء ولا ينعكس أي شيء ، لا نرى شيئًا ، أي أننا نرى الأسود.تتراوح ألوان الطيف التي تدركها أعيننا من الأحمر (700 نانومتر من الطول الموجي) إلى البنفسجي (400 نانومتر من الطول الموجي).
انتشار الضوء
ينتقل الضوء في خط مستقيم وبسرعة 299،792،4458 مترًا في الثانية في الفراغ. إذا كان عليه المرور عبر وسائط كثيفة أو معقدة ، فإنه يتحرك بسرعات أبطأ.
أجرى عالم الفلك الدنماركي أولي رومر أول قياس تقريبي لـ سرعة الضوء في 1676. منذ ذلك الحين ، قامت الفيزياء بضبط آليات قياس.
ترتبط ظاهرة الظلال أيضًا بانتشار الضوء: عند الاصطدام بجسم معتم ، يُبرز الضوء صورته الظلية على الخلفية ، ويحدد الجزء الذي يحجبه الكائن. هناك درجتان من الظل: درجة أكثر إشراقًا ، تسمى penumbra ؛ وأخرى أغمق تسمى umbra.
كانت الهندسة أداة مهمة عند دراسة انتشار الضوء أو تصميم القطع الأثرية للحصول على تأثيرات معينة ، على سبيل المثال ، تلسكوب و ال مجهر.
ظاهرة الضوء
إن ظاهرة الضوء عبارة عن تعديلات يتعرض لها عند تعرضه لوسائط معينة أو ظروف فيزيائية معينة. العديد منها مرئي بشكل يومي ، حتى لو كنا لا نعرف حقًا كيف تعمل.
- انعكاس. عند اصطدامه بأسطح معينة ، يكون الضوء قادرًا على "الارتداد" ، أي تغيير مساره عند زوايا معينة يمكن التنبؤ بها. على سبيل المثال ، إذا كان الجسم الذي يصطدم بزاوية معينة أملسًا وله خصائص عاكسة (مثل سطح المرآة) ، سينعكس الضوء بزاوية تساوي الحادث ، ولكن في الاتجاه المعاكس. هذه هي الطريقة التي تعمل بها المرايا.
- الانكسار. عندما يمر الضوء من وسيط شفاف إلى آخر ، مع اختلاف كثافات هناك ظاهرة تعرف باسم "الانكسار". المثال الكلاسيكي هو مرور الضوء بين هواء (أقل كثافة) و ماء (أكثر كثافة) ، والذي يمكن إثباته بوضع أدوات المائدة في كوب من الماء وملاحظة كيف يبدو أن صورة أدوات المائدة متقطعة ومضاعفة ، كما لو كان هناك "خطأ" في الصورة. وذلك لأن الماء يغير اتجاه التكاثر عندما يمر من وسط إلى آخر.
- الانحراف. عندما تحيط أشعة الضوء بجسم ما أو تمر عبر فتحات في جسم معتم ، فإنها ستختبر تغييرًا في مسارها ، مما ينتج عنه تأثير فتح ، كما يحدث مع مصابيح السيارة الأمامية في الليل. هذه الظاهرة نموذجية لجميع الموجات.
- التشتت. هذه الخاصية للضوء هي التي تسمح لنا بالحصول على طيف الألوان الكامل عن طريق تشتيت شعاع الضوء ، أي ما يحدث عندما نجعله يمر عبر منشور ، أو ما يحدث عندما يمر الضوء عبر قطرات المطر في أجواء وبالتالي يولد قوس قزح.
- الاستقطاب. يتكون الضوء من تذبذبات الحقل الكهربائي ص مغناطيسي والتي يمكن أن يكون لها عناوين مختلفة. استقطاب الضوء هو ظاهرة تحدث عندما ، على سبيل المثال ، عن طريق المستقطب (مثل النظارات الشمسية) تنخفض اتجاهات التذبذب بحيث ينتشر الضوء بكثافة أقل.
ضوء الشمس والضوء الصناعي
كان مصدر الضوء التقليدي للبشرية هو ذلك القادم من الشمس ، والتي تشع باستمرار الضوء المرئي والحرارة والأشعة فوق البنفسجية وأنواع أخرى من الإشعاع.
ال ضوء الشمس إنه ضروري لـ البناء الضوئي وللحفاظ على درجة الحرارة من الكوكب ضمن نطاقات متوافقة مع الحياة. إنه مشابه للضوء الذي نلاحظه من الآخر النجوم التابع المجرة، على الرغم من أنهما على بعد بلايين الأميال.
منذ وقت مبكر جدا كائن بشري حاول تقليد مصدر الضوء الطبيعي هذا. في البداية فعلت ذلك عن طريق إتقان النار ، باستخدام المشاعل والنيران التي تتطلب مواد قابلة للاشتعال ولم تكن شديدة التحمل.
في وقت لاحق استخدم الشموع الشمعية التي احترقت بطريقة مسيطر عليها ، وبعد ذلك بوقت طويل ابتكر مصابيح الشوارع التي تحرق الزيت أو غيره الهيدروكربونات، مما أدى إلى ظهور أول شبكة إضاءة حضرية ، والتي حلت محلها فيما بعد غاز طبيعي. في النهاية وصل الأمر إلى استخدام الكهرباء ، وهي نسختها الأكثر أمانًا وفعالية.