تم إلغاء تنشيط البوابة. يُرجَى الاتصال بمسؤول البوابة لديك.

فيديو السؤال: مقارنة القوة الناتجة بواسطة الضوء المنبعث من جهازي ليزر الفيزياء

وجه الضوء المنبعث من جهازي ليزر إلى سطح عاكس بنسبة ‪%100‬‏. ينتج جهاز الليزر ‪A‬‏ ضوءًا طوله الموجي ‪500 nm‬‏، وينتج جهاز الليزر ‪B‬‏ ضوءًا طوله الموجي ‪700 nm‬‏. ينتج جهازا الليزر عدد الفوتونات نفسه لكل ثانية. أيهما ينتج ضوءًا يؤثر بقوة أكبر على السطح؟

٠٤:٢٠

‏نسخة الفيديو النصية

وجه الضوء المنبعث من جهازي ليزر إلى سطح عاكس بنسبة 100‪%‬‏. ينتج جهاز الليزر ‪A‬‏ ضوءًا طوله الموجي 500 نانومتر، وينتج جهاز الليزر ‪B‬‏ ضوءًا طوله الموجي 700 نانومتر. ينتج جهازا الليزر عدد الفوتونات نفسه لكل ثانية. أيهما ينتج ضوءًا يؤثر بقوة أكبر على السطح؟

لنفترض أن هذين هما جهازا الليزر ‪A‬‏ و‪B‬‏. علمنا من السؤال أن جهاز الليزر ‪A‬‏ ينبعث منه ضوء طوله الموجي 500 نانومتر، الذي نراه باللون الأخضر. أما جهاز الليزر ‪B‬‏، فإنه ينتج ضوءًا طوله الموجي 700 نانومتر، الذي نراه باللون الأحمر. علمنا من السؤال أن الضوء المنبعث من جهازي الليزر يسقط على سطح عاكس بنسبة 100 بالمائة. وهذا يعني أن السطح لا يمتص أي قدر من الضوء، بل يعكسه بالكامل. نريد أن نعرف أي من جهازي الليزر هذين يؤثر بقوة أكبر على هذا السطح.

لكي نفهم لماذا يؤثر ضوء ليزر بقوة على سطح ما، سيكون من المفيد أن نفكر في هذه الأشعة بوصفها تتكون من جسيمات. على وجه التحديد، تتكون الأشعة من فوتونات. والفوتونات في كل شعاع من الشعاعين لها طول موجي. وسنرمز إليهما بالرمزين ‪𝜆A‬‏ و‪B𝜆‬‏. ووفقًا لعلاقة دي برولي، فإن الطول الموجي للفوتون في كل شعاع من الشعاعين يساوي ثابت بلانك مقسومًا على كمية حركة هذا الفوتون ‪𝑃‬‏. إذن، يمكننا أن نكتب أن الطول الموجي للفوتون في الشعاع ‪A‬‏ يساوي ثابت بلانك مقسومًا على كمية حركة هذا الفوتون، وبالمثل، نكتب أن ‪𝜆B‬‏ يساوي ‪ℎ‬‏ مقسومًا على ‪𝑃B‬‏. نظرًا لأن ثابت بلانك مقدار ثابت، فإننا نعلم أنه بالنسبة لأي فوتون معطى، يتناسب الطول الموجي لهذا الفوتون عكسيًّا مع كمية حركته.

نستنتج من هذا أنه كلما قل الطول الموجي للفوتون زادت كمية حركته. ما رمزنا له بالرمز ‪𝜆A‬‏ يساوي 500 نانومتر، وما رمزنا له بالرمز ‪𝜆B‬‏ يساوي 700 نانومتر. ولأن 500 أصغر من 700، فإننا نعرف أن كمية حركة الفوتون في الشعاع ‪A‬‏، أي ‪𝑃A‬‏، أكبر من كمية حركة الفوتون في الشعاع ‪B‬‏، أي ‪𝑃B‬‏. لكن السؤال لا يسأل عن كمية الحركة، بل عن القوة. ترتبط القوة وكمية الحركة من خلال هذه العلاقة الرياضية. عندما يتعرض جسم ما لتغير في كمية الحركة، ‪Δ𝑃‬‏، خلال تغير في الزمن، ‪Δ𝑡‬‏، فإن نسبة ‪Δ𝑃‬‏ إلى ‪Δ𝑡‬‏ تساوي القوة التي يؤثر بها هذا الجسم.

لنتخيل أنه يمكننا النظر إلى شعاعي الليزر بحيث نتمكن من رؤية الفوتونات المنفردة المنبعثة من كل شعاع من الشعاعين، والتي تسقط على السطح. حتى الآن، نرى أنه نظرًا لأن الطول الموجي لهذا الفوتون أقصر من الطول الموجي لهذا الفوتون، فإن كمية حركته أكبر. الفوتونان، وكل منهما له كمية حركته الخاصة به، سيسقطان على السطح ثم ينعكسان مرة أخرى، كل منهما بمقدار كمية الحركة نفسه. يمكننا القول إن هذين الاصطدامين يحدثان خلال مقدار الزمن نفسه ‪Δ𝑡‬‏. ومن ثم، فإن الفوتون الذي يتعرض للتغير الأكبر في كمية الحركة، ‪Δ𝑃‬‏، هو الفوتون الذي كانت له كمية حركة أكبر عند بدء الاصطدام. وهو، كما نعلم، الفوتون في الشعاع ‪A‬‏.

سيتعرض الفوتون في شعاع الليزر الأخضر لتغير أكبر في كمية الحركة من خلال اصطدامه بهذا السطح العاكس. ومن ثم، فإنه يؤثر على هذا السطح بقوة أكبر مقارنة بالفوتون في الشعاع ‪B‬‏. نعلم من كل هذا أنه عندما يتعلق الأمر بجهاز الليزر الذي ينتج ضوءًا يؤثر بقوة أكبر على السطح، فإن إجابتنا هي جهاز الليزر ‪A‬‏. وهو جهاز الليزر الذي تكون كمية حركة فوتوناته أكبر، ومن ثم تؤثر بقوة أكبر على السطح.

تستخدم نجوى ملفات تعريف الارتباط لضمان حصولك على أفضل تجربة على موقعنا. معرفة المزيد حول سياسة الخصوصية لدينا.