الضوء هو المكوّن الفيزيائيّ، الذي يعكس لنا الحياة بكل تفاصيلها الظاهرية؛ فبدون الضوء لا نرى حركةً للحياة، وقد لا ندرك الحياة ذاتها، إلا من خلال تخيلنا الشخصيّ عن الواقع، وما يزيد من أهمية الضوء أنه هو المادة الأولية للطاقة، التي تبني الخلية النباتية، والتي تعدّ الحلقة الأولى في سلسة الغذاء، ومن ثم الحياة بأسرها.
ولقد كان الضوء محلّ اهتمام ودراسة العديد من العلماء، أمثال الحسن بن الهيثم، والبيروني، وإسحق نيوتن، وغيرهم كثير، حتى استطاع العالم أولي رومر، البرهنة عمليًّا على سرعة الضوء في الفراغ، ولكن سرعة الضوء تختلف من وسط إلى وسط آخر، وفي مقالنا هذا سوف نتناول سرعة الضوء في الماء.
ماهية الضوء
الضوء هو شكل من أشكال الطاقة، المنبعثة من مصدر الضوء على هيئة فوتونات دقيقة، تنتشر على هيئة موجات كهرومغناطيسية، بسرعة فائقة، تمثّل ثابتا فيزيائيًا يطلق عليه الثابت الفيزيائي C.
وتبلغ سرعة الضوء في الفراغ 299792458 م/ث، وهي أقصى سرعة يمكن أن يصل إليها أي جسم، مهما بلغت سرعته.
خصائص الضوء
يتمتع الضوء بعدة خصائص مبعثها الطبيعة الموجية للضوء، ويمكن ذكر تلك الخصائص فيما يلي:
الانتشار: عند سقوط الضوء على أي سطح من الأسطح، فإن سلوكه يتوقف على طبيعة ذلك السطح، من كونه سطحًا أملسًا أم خشنًا؛ ففي حالة السطح الأملس يميل الضوء إلى عدم الانتشار، أما في حالة السطح الخشن فهو ينتشر بمعدل أعلى، أي يتشتت في جميع الاتجاهات، وهو الذي تتيح لنا رؤية أغلب الأسطح للأشياء، دون الالتفاف حولها.
الانعكاس: وهو يتعلق بسقوط الأشعة على الأسطح الملساء، مثل المرايا، ويعني الانعكاس ارتداد الشعاع الساقط، بنفس زاوية سقوطه، من العمود الساقط على نقطة التقائه، مع السطح المنعكس منه.
الانكسار: وهذه الظاهرة تحدث بمعناها الحقيقي؛ حيث أن الشعاع ينكسر فعلًا، عند مروره بوسطين مختلفي الكثافة، مثل الهواء والماء؛ مما يؤدي ذلك إلى انكساره، بعيدًا عن الخط العمودي لزاوية السقوط، في الوسط الأكثر كثافة، وقريبًا من الخط العمودي لزاوية السقوط، عندما ينتقل شعاع الضوء من الوسط الأعلى كثافة، إلى الوسط الأقل كثافة.
سرعة الضوء في الماء
جميع الخصائص الضوئية السابقة، تؤثر على سرعة الضوء، فكلما اقترب الوسط من الفراغ، كلما اقتربت سرعة الضوء إلى أقصاها، وكلما زادت كثافة الوسط، انخفضت سرعته بمعدل يطلق عليه “دليل الإنكسار”، الذي اكتشفه العالم الإنجليزي جين فوكو عام 1850م.
ولإيجاد سرعة الضوء في وسط ما؛ فلا بد من تحديد دليل الانكسار أولًا، ثم يتمّ إيجاد سرعة الضوء في هذا الوسط، بقسمة ثابت سرعة الضوء، على دليل انكسار هذا الوسط، وحيث أن دليل الانكسار للماء يساوي 1.33 فإن:
سرعة الضوء في الماء تساوي
299792458 ÷ 1.33 = 225407863.16 م/ ث.
عدم تأثر الأشعة ببعضها البعض
عندما يسير جسمان بسرعة معينة، فإن اصطدما ببعضهما البعض بأي شكل من الأشكال؛ فإن سرعة كل منهما ستتغير حتمًا، بالزيادة أو النقصان، لكن موجات الضوء على خلاف هذا؛ حيث أن أي اصطدام بينها، لا يؤثر على سرعتها مطلقًا، وهذا ما يفسر تواجد العديد من الموجات الكهرومغناطيسية بالفضاء، كل منها يجري في مساره دون أي تأثر، أو تداخل مع الآخر.
بعض التطبيقات العملية لسرعة الضوء في الماء
لمعرفة سرعة الضوء في الماء، أهمية كبرى في العمليات الحربية، وممارسة الصيد بالحربة وغيرها، كالآتي:
في العمليات الحربية: يتم تحديد الهدف على البر، أو في الجوّ بكل دقة من الغواصات البحرية، من خلال معلومية دليل الانكسار للماء-1.33- والثابت C، أو سرعة الضوء.
صناعة النظارات: الزجاج والهواء وسطان مختلفا الكثافة، وبمعلومية دليل الانكسار للزجاج -1.5- يتم تحديد البعد البؤري للعدسة لتتم الرؤية بشكل صحيح.
يتضح لنا مما سبق أهمية معرفة سرعة الصوت في الماء، وما يترتب عليه من تطبيقات عمليّة، وأن سرعة الضوء تختلف من وسط لآخر، وهو ما يطلق عليه معدل الانكسار.
