هل تردد الضوء ثابت: متى ولماذا وكيف وحقائق مفصلة


كما نعلم ، الضوء هو إشعاع كهرومغناطيسي. هل يمكن أن يتغير تواتر الضوء؟ دعنا نتعمق في مزيد من التفاصيل في هذه المقالة.

يتم تحديد التردد من خلال كمية الطاقة التي يمتلكها الضوء. طالما لم يكن هناك تغيير في طاقة الضوء ، يظل التردد كما هو حتى عندما ينتقل عبر وسائط مختلفة. في حين أن الطول الموجي والسرعة سيكونان مختلفين حيث يتغير وسيط انتشار الضوء.

على سبيل المثال ، يحتوي شعاع الضوء أحادي اللون على قيمة محددة للتردد بينما قد يتغير طول الموجة وسرعة الانتشار في وسائط مختلفة. يتم إعطاء مناقشة مفصلة أدناه.

اقرأ المزيد عن تردد الموجة 21+: تفسيرات مفصلة

لماذا تردد الضوء ثابت؟

يمكن وصف تردد الضوء بأنه عدد الموجات التي تمر عبر نقطة في وسط (أو فراغ) في الثانية ويتم قياسه بوحدات هيرتز.

التردد ، v بالهرتز = عدد الموجات / الوقت بالثواني

ومن ثم ، فإن التردد يعتمد على الوقت وليس على خصائص الوسط الذي ينتشر فيه الضوء. هذا يعني أن تردد الضوء مستقل عن وسيط الانتشار ويعتمد فقط على مصدره.

أيضًا ، نظرًا لأن طاقة الضوء لا تتغير ، يظل التردد ثابتًا.

أثبت العديد من الفيزيائيين أن للضوء طبيعة مزدوجة - موجة وجسيم. في نظرية الجسيمات ، يتكون الضوء من جسيمات تعرف بالفوتونات. طاقة كل فوتون هي

ه = hv

حيث h هو ثابت بلانك وقيمته 6.626 * 10-34Js

مضمنة v هو تردد الضوء

تظل طاقة الفوتونات ثابتة حتى لو قطع الضوء مسافات كبيرة. ومن ثم ، فإن تردد الضوء يظل كما هو ، لكن الطول الموجي وسرعة الضوء يتغيران عند السفر عبر وسائط مختلفة.

متى يتغير تردد الضوء؟

نظرًا لأن تردد الضوء أو أي موجة أخرى يعتمد فقط على مصدر الموجة وليس على وسيط الانتشار ، فإن التغييرات التي يتم إجراؤها على المصدر فقط ستظهر كتغير في التردد.

عندما يتم تغيير مصدر الضوء ، تتغير الطاقة أيضًا ، وبالتالي سيكون التردد مختلفًا. على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك مصدر إشعاع كهرومغناطيسي ، ربما جسم أسود. إذا زادت درجة حرارة الجسم الأسود ، سيزداد أيضًا تواتر الإشعاع المنبعث (أو الضوء).

تأثير دوبلر هو سيناريو آخر عندما ندرك اختلافًا في التردد ، أي أن التردد الذي يدركه المراقب يختلف عن المصدر كلما حدثت حركة نسبية بين المصدر والمراقب.

عندما يقترب المصدر من المراقب ، سوف يتحول الضوء إلى اللون الأزرق ، أي زيادة التردد. في المقابل ، سوف يتحول الضوء إلى اللون الأحمر أو يكون هناك انخفاض في التردد عندما ينحسر المصدر عن المراقب.

التحول دوبلر
اعتمادات الصورة - ويكيميديا ​​كومنز

حياة حقيقية مثال على تأثير دوبلر في الضوء عندما تتحرك سيارة الشرطة بشكل أسرع نحو المراقب ، يظهر الضوء باللون الأزرق للمراقب. وعندما تتحرك سيارة الشرطة بعيدًا ، يظهر الضوء باللون الأحمر.

اقرأ المزيد حول ما هو الطول الموجي للفوتون: كيف تجد ، عدة رؤى وحقائق

ما الذي يؤثر على وتيرة الضوء؟

بالنسبة لشعاع الضوء الذي ينتقل عبر الفضاء (أو الفراغ) ، تكون سرعة انتشاره ثابتة بمقدار 3 * 10 ^ 8 م / ث. نظرًا لأن السرعة ثابتة ، يتغير تواتر الإشعاع عند أي تغيير في طول الموجة. 

يتم إعطاء العلاقة بين التردد والطول الموجي وسرعة الضوء بواسطة

ج = λv

أين ، v هو تردد الضوء

λ هو الطول الموجي للضوء و

ج هي سرعة الضوء.

من التعبير أعلاه ، يمكن استنتاج أن زيادة الطول الموجي ينتج عنها انخفاض في التردد وتقليل الطول الموجي يزيد من تواتر الضوء.

عندما ينتقل شعاع الضوء من وسط إلى آخر ، فلا يوجد تغيير في التردد. يمكن بعد ذلك تغيير التردد فقط عن طريق تغيير مصدر شعاع الضوء. سيؤدي هذا إلى إحداث تغيير في طاقة الإشعاع ، وبالتالي يتأثر التردد.

لماذا يتغير الطول الموجي وليس التردد؟

عندما ينتشر الضوء عبر وسائط مختلفة ، تختلف سرعته باختلاف الوسائط. نظرًا لأن التردد مستقل عن الوسط الذي ينتقل فيه الضوء ، فإنه يظل كما هو. نظرًا لأن التردد ثابت ، يتغير الطول الموجي وفقًا للتغير في سرعة الضوء في الوسائط المختلفة.

بالنسبة للضوء الذي ينتقل من وسط نادر (مثل الهواء) إلى وسط أكثر كثافة (مثل الزجاج أو الماء) ، يتغير الطول الموجي ولكن ليس التردد. في الوسط الأكثر كثافة ، تنخفض سرعة الضوء ، أي ينتقل الضوء بشكل أبطأ في فترة زمنية محددة ، وبما أن التردد لا يتغير ، يتناقص الطول الموجي. في المقابل ، عندما ينتقل الضوء من وسط أكثر كثافة إلى متوسط ​​نادر ، يزداد الطول الموجي عندما يدخل إلى الوسط الأكثر ندرة مثل سرعة الضوء يزيد.

هل يتغير تواتر الضوء أثناء الانكسار؟

الانكسار هو التغير في اتجاه أو انحناء أشعة الضوء عندما ينتشر من وسط إلى آخر. تردد الضوء ثابت أثناء الانكسار.

إن التغير في سرعة الضوء عند دخوله إلى وسائط مختلفة هو سبب ظهور هذه الظاهرة. ومن ثم فإن سرعة الضوء تعتمد على وسيط الانتشار في حين أن التردد لا يعتمد على ذلك. لا يحدث أي تغيير في طاقة الضوء (أو الإشعاع) عندما ينتقل في وسائط مختلفة ، وبالتالي يظل التردد ثابتًا. 

من الأمثلة البسيطة على ذلك اختيار شعاع أحادي اللون أو شعاع من لون معين ، وتمريره عبر وسط ذي معامل انكسار أعلى ، والتحقق مما إذا كان هناك أي تغيير في اللون أثناء وجود الشعاع في الماء. لون الضوء هو المقياس الملحوظ لتردد الضوء. إذا تغير اللون ، فيمكننا أن نستنتج أن التردد قد تغير.

على سبيل المثال ، إذا اخترنا ضوء الليزر الأحمر (الليزر أحادي اللون) وسمحنا له بالمرور عبر حوض مائي ، وإذا لاحظنا من الأعلى ، فلن يكون هناك أي تغيير في اللون. اللون الذي نلاحظه حتى بعد مرور الضوء عبر الحوض هو اللون الأحمر. هذا يؤكد أن تردد الضوء لا يتغير أثناء الانكسار.

اقرأ المزيد عن أكثر من 16 استخدامًا للانكسار: تحليل مفصل

لماذا التردد لا يتغير في الانكسار؟

التردد يعتمد فقط على مصدر الضوء وليس على وسط الانتشار. نتيجة لذلك ، يظل التردد كما هو في الانكسار أثناء الطول الموجي وكذلك سرعة تغير الضوء.

إذا أخذنا في الاعتبار طبيعة موجة الضوء ، فإن تردد الموجة يعتمد فقط على الفترة الزمنية. عندما يمر الضوء عبر وسائط مختلفة ويعاني من الانكسار ، لا يوجد تغيير في الفترة الزمنية ، بينما يتغير الطول الموجي أيضًا مع تغير السرعة للحفاظ على التردد ثابتًا. عندما ينتقل الضوء بشكل أبطأ في وسط أكثر كثافة ، يتناقص الطول الموجي أيضًا وعندما يسافر في وسط نادر ، يكون للضوء سرعة عالية وبالتالي طول موجي مرتفع.

إذا أخذنا في الاعتبار النظرية القائلة بأن الضوء يتكون من جسيمات أو فوتونات ، تردد الفوتون يعتمد فقط على الطاقة من الجسيم. نظرًا لأن الطاقة تظل محفوظة أثناء الانكسار ، فلا يحدث أي تغيير في الطاقة وبالتالي يظل التردد كما هو أثناء الانكسار.

هل يتغير تواتر الضوء أثناء الانعكاس؟

لن يكون هناك تغيير في وتيرة الضوء أثناء الانعكاس. 

انعكاس الضوء هو الارتداد أو التغيير في اتجاه انتشار الضوء عندما يقابل وسيطًا أو سطحًا. أثناء الانعكاس ، تنعكس الموجة بأكملها مرة أخرى دون تغيير في السرعة وطول الموجة والتردد. قد يكون هناك تغيير في طور الموجة ، أي تحول طور بمقدار 180 درجة. لكن التردد والطول الموجي هما الخصائص الجوهرية للموجة التي لا تعتمد على طور الموجة.

علاوة على ذلك ، أثناء الانعكاس ، لا يوجد امتصاص أو إطلاق للطاقة وفقًا لقانون حفظ الطاقة. بما أن الطاقة لا تزال كما هي ، كذلك فإن تواتر الضوء أثناء الانعكاس.

هل تردد الضوء ثابت: أسئلة متكررة

هل يتغير تواتر الضوء أثناء الانعراج؟

يمكن وصف حيود الضوء بأنه انحناء لأشعة الضوء حول الزوايا أو العوائق أو من خلال الفتحات الصغيرة. يظل التردد ثابتًا أثناء الانعراج.

لا يحدث أي تغيير في خصائص الموجة أثناء الحيود. هذا يعني أن سرعة الموجة ، وطولها الموجي ، تردد والفترة الزمنية لا تتغير أثناء الانعراج. 

الحيود
الصور: ويكيميديا ​​كومنز

يصبح الانعراج بارزًا عندما يكون حجم العائق مشابهًا للطول الموجي للضوء. مع زيادة الطول الموجي ، يكون مقدار الانعراج أكبر (وهذا يعني أن الانحناء أكثر) والعكس صحيح. يحدث الحيود في الصوت موجات أيضا.

اقرأ المزيد حول هل يؤثر الطول الموجي على الانحراف: كيف ، لماذا ، متى ، حقائق مفصلة 

اشرح تأثير دوبلر في الضوء.

تأثير دوبلر هو ظاهرة تحدث كلما حدثت حركة نسبية بين المصدر والمراقب. بسبب هذه الحركة النسبية ، يدرك المراقب أن تردد الموجة قد تغير. تأثير دوبلر شائع في موجات الضوء والصوت.

عندما ينحسر مصدر الضوء من المراقب ، يحدث تحول نحو منطقة التردد المنخفض. في طيف الضوء المرئي ، يحدث التحول نحو المنطقة الحمراء ويُعرف باسم الانزياح الأحمر. عندما يقترب مصدر الضوء من المراقب ، يكون التحول نحو منطقة التردد العالي. يسمى هذا التحول نحو التردد العالي التحول الأزرق في الطيف المرئي.

أذكر تطبيقات قليلة لتأثير دوبلر في الضوء.

بعض تطبيقات تأثير دوبلر في الضوء هي:

  • تستخدم الشرطة هذه الخاصية في صناديق الرادار لتتبع سرعة السيارة
مربع الرادار المروري
الصور: ويكيميديا ​​كومنز

تنقل صناديق الرادار موجات الراديو التي تصطدم بالمركبة المتحركة وتنعكس مرة أخرى. يمكن تحديد سرعة السيارة من خلال سرعة الموجة الراديوية المنعكسة التي تعمل كمصدر وتحلل مربعات الرادار السرعة باستخدام التحول في التردد.

  • لتتبع الأقمار الصناعية
  • يستخدم تأثير دوبلر في علم الفلك لتحديد النجوم التي تقترب منا أو تنحسر

في نظام من نجمين ، يمكن استخدام تأثير دوبلر لتحديد أي منهما يقترب وأي منهما يتراجع عن طريق تحليل التحول في تردد الضوء المنبعث من النجم.

  • تحليل المجرات البعيدة

ديكشا دينيش

مرحبًا ، أنا Deeksha Dinesh ، أتابع حاليًا التخرج في الفيزياء مع تخصص في مجال الفيزياء الفلكية. أحب تقديم المفاهيم بطريقة أبسط للقراء.

آخر المقالات