ما هو الضوء

الضوء

يُعرّف الضوء بأنّه أيّ إشعاع كهرومغناطيسي يُمكن ملاحظته بالعين المجردة، ويتراوح الطول الموجي للضوء الذي يُمكن للإنسان رؤيته ما بين 700 نانومتر للضوء الأحمر، و400 نانومتر للضوء البنفسجي، حيث يُعتبر هذا الإشعاع جزءًا ضيقًا من الطيف الكهرومغناطيسي الذي له أطوالاً موجيةً على مدى واسع أقصرها موجات غاما وأطولها موجات الراديو، ويُذكر أنّ للضوء سرعة ثابتة تبلغ حوالي 299,792,458 متر/ ثانية.

يُعتبر الضوء الأداة الأساسية لإدراك العالم والتواصل فيه من خلال الإبصار، كما أنّ للضوء أهمية كبيرة في تنظيم درجات الحرارة على سطح الأرض، ودور أساسي في عملية البناء الضوئي في النبات، والتي بدورها تحمي دورة الحياة على الأرض، ويُشار إلى أنّ للضوء 4 أبعاد رئيسية، وهي كالآتي:

• الزمن: هو الوقت اللازم لوصول الضوء من أيّ كوكب أو نجم سماوي إلى الأرض.
• شدة الضوء: (بالإنجليزية: luminous intensity ) هي مقدار ما يتدفق أو يشع من طاقة صادرة عن مصدر ضوء معين في اتجاه محدد.
• اتجاه الضوء: (بالإنجليزية: Light direction) هو الاتجاه الذي تهتز أو تتحرك فيه موجات الضوء، والذي غالبًا ما يكون من أعلى إلى أسفل، أو من اليسار لليمين.
• لون الضوء: (بالإنجليزية: Light Colour) يتكوّن الضوء المرئي من أطوال موجية، ولكلّ طول موجي لون مختلف عن الآخر.

خصائص الضوء

انكسار الضوء

هو انحراف الضوء عن مساره عندما يمر بين وسطين مختلفين، بشرط أن يكون لكلّ منهما معامل انكسار مختلف عن الآخر، ممّا يُؤدي إلى تغيّر سرعة الضوء عند مروره خلالهما، ومن الأمثلة على هذه الظاهرة؛ انتقال موجات الضوء من الهواء إلى الماء، حيث ينحرف الضوء عن مساره الطبيعي وتقلّ سرعته، ويظهر للعين المجردة وكأنّه مكسور؛ وذلك بسبب اختلاف معامل الانكسار بين الوسطين ممّا يؤدي إلى حدوث تغيّر في سرعة الهواء واتجاهه.

التداخل

تستطيع موجات الضوء أن تتداخل مع بعضها البعض في ظروف معيّنة، ومن أمثلتها الضوء الذي ينعكس من الزيت الطافي على سطح الماء، إذ يحدث تداخل للضوء نتيجة لالتقاء الموجات المنعكسة عن السطح الداخلي والسطح الخارجي وتداخلهما معاً؛ والذي سيؤدي إلى إزالة أو تعزيز أجزاء من الضوء الأبيض تِبعًا لنوع التداخل الحاصل، والذي ينقسم لنوعين أساسيين وهما؛ التداخل البناء، والتداخل الهدّام.

الحيود والانتشار

يسير الضوء في خطوط مستقيمة، وعند مرور موجات الضوء بالقرب من حاجز أو ثقب صغير فإنّها تحاول الإنحناء والانتشار حول الحاجز أو الثقب، ويعتمد مقدار الانحناء على طول موجة الضوء بالنسبة لحجم الثقب؛ فإذا كان الثقب أكبر بكثير من الطول الموجي سيكون الانحناء غير ملحوظ تقريباً، أمّا إذا كان الاثنان متقاربان في الحجم أو كان الثقب أصغر، فسيكون مقدار الانحناء كبيرًا، ويُذكر أنّ الكثير من التقنيات تعتمد على حيود الضوء في عملها كالمناظير، والتيلسكوبات، والكاميرات.

الانعكاس والتشتت

يحدث انعكاس الضوء عند سقوطه على سطح جسم ليس لديه القدرة على امتصاص الأشعة الساقطة عليه، حيث ت رتد هذه الأشعة في اتجاه مختلف، فعلى سبيل المثال عند تسليط ضوء مصباح على مرآة ينعكس الضوء في اتجاه وزاوية أخرى، ومن الجدير بالذكر أنّ جميع الأسطح الملساء والمستوية تعكس الضوء بزاوية تساوي زاوية سقوطها، على عكس الأسطح الخشنة التي تعكس الضوء بزوايا واتجاهات مختلفة.

الاستقطاب

تحدث ظاهرة الاستقطاب عندما تبدأ الموجات الكهرومغناطيسية المكوّنة للطيف المرئي بالاهتزاز والانتشار في اتجاه واحد وبشكل عمودي على اتجاه انتشارها، مكونةً بذلك ما يُسمّى بالضوء المستقطب، ومن الجدير بالذكر أنّ الضوء العادي يُعتبر ضوءًا غير مستقطبًا لأنّ موجاته تهتز وتنتشر في جميع الاتجاهات وبشكل عمودي على اتجاه الانتشار.

الآثار الكيميائية

تُسمّى هذه الظاهرة بالتلألؤ أو الضيائية (بالإنجليزية:luminescence)، وتعرّف بأنّها الضوء أو اللمعان الذي تُنتجه مادة معينة بطول موجي محدد، وذلك عندما تمتص هذه المادة طاقة من تفاعلات كيميائية أو احتكاك، حيث تُثير هذه الطاقة ذرات المادة وتنقلها من مستوى الطاقة الأرضي ( حالة الاستقرار) إلى حالة الإثارة، وعندما تعود الذرات المثارة إلى المستوى الأرضي يتحرر مقدار من الطاقة على هيئة ضوء متوهج، أو حرارة، أو كلاهما معًا وهو ما يسمى بالتلألؤ الكيميائي.

الظاهرة الكهروضوئية

هي ظاهرة تحدث نتيجة لانبعاث الإلكترونات من مادة تمتص الإشعاع الكهرومغناطيسي، حيث إنّ كلّ جسيم من الضوء والذي يُعرف بالفوتون يصطدم بإلكترون ويستخدم بعضاً من الطاقة التي يمتلكها لطرده، أمّا المتبقي من طاقة الفوتون فتنتقل إلى الشحنة السالبة الحرة والتي تُسمّى بالفوتو إلكترون، ومن أهمّ تطبيقات هذه الظاهرة؛ التصوير الفوتوغرافي، والألواح الشمسية.

يُعرّف الضوء على أنّه الأشعة الكهرومغناطيسية المرئية بالعين المجردة، وللضوء أهمية كبيرة في حياة جميع الكائنات الحية؛ فهو مهم لعملية البناء الضوئي للنبات، ويحتاجه الإنسان للرؤية، والعمل، والتنقل في الليل والنهار، ويمتاز الضوء بالعديد من الخصائص التي اكتشفها العلماء والباحثون على مر الزمان، ومن أهمّها: الانعكاس، والانكسار، والتشتت، والاستقطاب.

مصادر الضوء

تُعرّف مصادر الضوء بأنّها الأشياء التي تُنتج الضوء الذي يُمكن رؤيته بالعين المجردة، ويوجد نوعين أساسيين من مصادر الضوء وهما؛ مصادر طبيعية ومصادر صناعية، وفي ما يأتي بعض من الأمثلة عليها:

مصادر الإضاءة الطبيعية

ومن الأمثلة عليها ما يأتي:

• الشمس: تُعتبر الشمس العامل الأساسي الذي يحافظ على ديمومة الحياة على الأرض، لكونها المصدر الرئيسي للضوء والطاقة على الأرض، وهي عبارة عن كرة ضخمة من النار تقوم بإنتاج طاقة هائلة نتيجة للاندماج النووي بحيث تظهر هذه الطاقة على شكل حرارة وضوء.
• النجوم: تُعتبر جميع النجوم الموجودة في النظام الشمسي منتجةً للضوء مع اختلاف أحجامها وبعدها عن الأرض.
• القمر: يُعدّ ضوء القمر أحد أهم مصادر الضوء الطبيعية، ويعود سبب إضاءة القمر لانعكاس الضوء المُنبعث من الشمس على سطحه.
• الكائنات الحية: تتميّز بعض الكائنات الحية بخاصية التلألؤ البيولوجي أو الضيائية الحيوية، والتي تحدث نتيجة تفاعلات كيميائية داخل جسم الكائن الحي، ومن هذه الكائنات؛ قنديل البحر، والديدان المتوهجة، والنباتات التي تعيش في قيعان البحار.
• الظواهر الطبيعية: ينبعث الضوء من بعض هذه الظواهر الطبيعية كالبرق والانفجارات البركانية.

مصادر الإضاءة الاصطناعية

ومن الأمثلة عليها ما يأتي:

• المصادر المتوهجة: ينتج الضوء من هذه المصادر بعد تسخين أجسام معينة لدرجات حرارة عالية، حيث ينتج عنها الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء ، وتُعتبر الشمعة أكبر مثال عليها.
• مصادر الإنارة: ينتج الضوء في هذه المصادر عندما يمرّ التيار الكهربائي عبر المادة على شكل شحنات بسرعات معينة، ومن أمثلتها المصباح الفلوري والمصباح الكهربائي.
• مصادر تصريف الغاز: يُؤدي مرور الكهرباء عبر غازات معينة وتحت ظروف ضغط منخفضة جدًا إلى إنتاج الضوء المرئي، من أبرز الأمثلة عليها؛ النيون ومصباح الصوديوم.

خصائص الموجات الكهرومغناطيسية

تمتاز الموجات الكهرومغناطيسية (بالإنجليزية : Electromagnetic waves) بالعديد من الخصائص، ومن أبرزها ما يأتي:

• تمتاز الموجات الكهرومغناطيسية بأنّها موجات مستعرضة، وتنتشر من خلال تغيّر المجالين الكهربائي والمغناطيسي المتعامدين على بعضها البعض.
• تنتج الموجات الكهرومغناطيسية من الشحنات المتسارعة.
• لا تحتاج الموجات الكهرومغناطيسية إلى وسط مادي لتنتقل خلاله، إذ يُمكنها الانتقال والانتشار في الفراغ بسرعة ثابتة ومحددة.
• يبقى تردد الموجات الكهرومغناطيسية ثابتاً دون تغيير، أمّا الطول الموجي فيتغيّر عند الانتقال من وسط إلى آخر.

تطبيقات الأشعة الكهرومغناطيسية

تتعدّد استخدامات الأشعة الكهرومغناطيسية في مجالات الحياة المختلفة، وفيما يأتي بعض من استخدامات كل من الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء:

تطبيقات الأشعة فوق البنفسجيّة

تُستخدم الأشعة فوق البنفسجية (بالإنجليزيّة: ultraviolet radiation) في الكثير من المجالات والتطبيقات كالآتي:

• تُساهم الأشعة فوق البنفسجية في تعقيم الملابس المغسولة والموضوعة تحت أشعة الشمس من البكتيريا المتواجدة فيها.
• يُساعد التعرض للأشعة فوق البنفسجية بأوقات محددة على تحفيز الجسم على إنتاج فيتامين د.
• تُعقَّم الأسطح والمعدات الطبية بتسليط الأشعة فوق البنفسجية عليها، حيث تُعطّل الحمض النووي للبكتيريا والفيروسات وتسبّب خمولها.
• تساهم الأشعة فوق البنفسجية في معالجة مياه الصرف الصحي في بعض المحطات، ومعالجة مياه الشرب أيضًا.
• يُمكن استخدام الأشعة فوق البنفسجية في صنع إضاءة ذات جودة عالية للمكاتب والمنازل وأماكن العمل.
• تُستخدم الأشعة فوق البنفسجية في العلاج، كعلاج الأمراض الجلدية مثل؛ الأكزيما والصدفية.

تطبيقات الأشعة تحت الحمراء

تستخدم الأشعة تحت الحمراء في العديد من التطبيقات كالآتي:

• أجهزة التحكم عن بُعد للتلفاز.
• التصوير الحراري.
• التدفئة.
• العلاج بالأشعة تحت الحمراء وتحديدًا في تخفيف آلام العضلات، والتئام الجروح، وآلام التهاب المفاصل، وتحسين نمو الشعر، والأمراض الجلدية والتقرحات.
• علاج الإصابات التي يتعرض لها اللاعبون خلال المباريات وتحديدًا الإصابات العضلية المزمنة والحادة.

تتعدد مصادر الضوء فمنها الطبيعي كالشمس والقمر، ومنها الصناعي كمصابيح الإنارة، ويتميّز الضوء بأنّه ينتقل على شكل موجات كهرومغناطيسية ذات أطوال موجية مختلفة، ومن أهمّها الضوء المرئي، وموجات الراديو، والأشعة السينية، وأشعة غاما، بالإضافة لموجات الأشعة تحت الحمراء، والأشعة فوق البنفسجية، والتي تُستخدم في العديد من المجالات كالعلاج، والتدفئة، وتعقيم الملابس والمعدات الطبية وغيرها الكثير.