انتشار موجة ضوئية/خصائص الموجة الضوئية

خصائص الموجة الضوئية

الموجة الضوئية أحادية اللون

الضوء الأبيض متعدد الألوان

تعريف

نسمي ضوءا أحادي اللون كل ضوء لا يتبدد بعد اجتيازه لموشور.

ونقرن كل ضوء أحادي اللون بموجة ضوئية أحادية اللون، وهي موجة متوالية جيبية تتميز:

• بترددها $\nu$ (أو دورها $T={\frac {1}{\nu }}$ )، يفرضه المنبع.
• بسرعتها $v$ ، وتتعلق بطبيعة الوسط.

مثال:

• الضوء المنبعث من اللازر ينحرف ولا يتبدد عند اجتيازه لموشور، فهو إذا ضوء أحادي اللون.
• أما الضوء الأبيض فهو ينحرف ويتبدد بعد اجتيازه لموشور، مما يدل على أنه ضوء متعدد الألوان، أي متكوِّن من عدة أضواء أحادية اللون.

سرعة انتشار الضوء

سرعة انتشار الضوء في الفراغ

تنتشر الموجات الضوئية في الفراغ كباقي الموجات الكهرمغناطيسية، بسرعة $c$ تُقارب $3\times 10^{8}{\text{ m/s}}$.

سرعة انتشار الضوء في الفراغ

إن سرعة انتشار الضوء في الفراغ ثابتة عالمية بينت القياسات الدقيقة أنها تُساوي: $c=299792458{\text{ m/s}}$

بين العالم أينشتاين Einstein أن سرعة الأجسام المادية لا يمكنها أن تتعدي سرعة الضوء $c$ في الفراغ.

سرعة انتشار الضوء في وسط مادي شفاف - معامل الانكسار

تعريف

تنتشر الموجة الضوئية في وسط مادي بسرعة $v$ أقل من $c$ . نُعرِّف معامل الانكسار لوسط شفاف، بالنسبة لضوء أحادي اللون، بالعلاقة:

$n={\frac {c}{v}}$

حيث:

• $c$ : سرعة انتشار الضوء في الفراغ،
• $v$ : سرعة انتشار الضوء في الوسط الشفاف.

ملاحظات:

• معامل الانكسار $n$ مقدار بدون وحدة.
• معامل الانكسار أكبر من 1: $n>1$
• معامل انكسار الهواء يُقارب 1، وسرعة انتشار الضوء في الهواء تُقارب سرعة انتشاره في الفراغ.

التردد وطول الموجة

يرتبط لون كل ضوء أحادي اللون بالتردد.

خاصية

تتميز الموجة الأحادية اللون بترددها $\nu$ الذي لا يتعلق بوسط الانتشار، ولا يتغير عند انتقالها من وسط شفاف إلى آخر.

في علم البصريات، يفضل تمييز موجة ضوئية أحادية اللون بطول موجتها في الفراغ $\lambda _{0}$ عوض ترددها $\nu$ .

طول الموجة

تعبير طول الموجة $\lambda _{0}$ لموجة أحادية اللون في الفراغ هو:

$\lambda _{0}=c.T={\frac {c}{\nu }}$

بالنسبة لوسط مُعَيَّن: $\lambda _{0}=v.T={\frac {v}{\nu }}$

بما أن السرعة $v$ تتعلق بطبيعة الوسط فإن $\nu$ أيضا تتعلق بطبيعة وسط الانتشار.

خاصية

يتعلق طول الموجة لضوء أحادي اللون وتردده $\nu$ بوسط الانتشار.

مجال الموجات الضوئية المرئية

إن عين الإنسان حساسة للموجات الضوئية ذات أطوال موجات تنتمي للمجال المحصور بين $400{\text{ nm}}$ و $800{\text{ nm}}$. نُسميه المجال المرئي، وتحده الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء.

مجال الأشعة فوق البنفسجية

وهو مجال غير مرئي، يكون فيه طول الموجة $\lambda$ محصورا بين $10{\text{ nm}}$ و $400{\text{ nm}}$، وهي أشعة معروفة بتأثيرها الخطير على الجلد، إذ تتسبب في سرطان الجلد.

وتُستعمل في تعقيم الأدوات الطبية نظرا لمقدرتها على القضاء على البكتيريا.

مجال الأشعة تحت الحمراء

وهو مجال غير مرئي، يكون فيه طول الموجة $\lambda$ محصورا بين $800{\text{ nm}}$ و $1000{\text{ nm}}$.

يبعث جسم الإنسان أشعة تحت الحمراء، يتعلق طول موجتها في الفراغ بدرجة حرارة منطقة الجسم الباعثة. ويُبين الشكل الآتي صورة لكلب أُخِذَت بكاميرا خاصة بالأشعة تحت الحمراء، حيث يوافق اللون البنفسجي درجة حرارة 24، ويوافق اللون الأصفر درجة الحرارة 34.

صورة أُخِذَت بكاميرا خاصة بالأشعة تحت الحمراء.