فيديو السؤال: التعرف على سرعة الضوء في المواد المختلفة الفيزياء • الصف الثاني الثانوي

نسخة الفيديو النصية

يوضح الشكل أربعة أشعة ضوئية متطابقة تنتقل في الماء ثم في أجسام مصنوعة من مواد مختلفة. كثافة المواد مختلفة، والضوء ينتقل فيها بسرعات مختلفة. ما الجسم الذي تكون سرعة انتقال الضوء فيه أكبر؟

يتعلق هذا السؤال بدخول الضوء إلى مادة ذات كثافة مختلفة عن الوسط الذي كان ينتقل فيه وخروجه منها. وعلمنا من السؤال أن كثافة كل الأجسام الرمادية يختلف بعضها عن بعض. للإجابة عن هذا السؤال، علينا استخدام المسارات المختلفة التي اتخذتها الأشعة الضوئية الساقطة على الأجسام لتحديد الشعاع الذي له أكبر سرعة. من الجدير بالملاحظة هنا أن كل شعاع من أشعة الضوء الأربعة يدخل الوسط الجديد عند الزاوية والموضع أنفسهما. هذا يعني أننا نعلم أن أي اختلاف في مسار الأشعة في الوسط الجديد سيكون بسبب الاختلاف في سرعتها الذي ينتج عن اختلاف كثافة الأوساط الجديدة.

نتذكر هنا أن الانكسار هو التغير في اتجاه الضوء الذي نراه هنا. يحدث الانكسار عندما ينتقل الضوء من وسط إلى آخر. وذلك لأن الضوء ينتقل بسرعات مختلفة في الأوساط المختلفة. عندما ينتقل الضوء من وسط منخفض الكثافة إلى وسط ذي كثافة أعلى، ينحرف الشعاع باتجاه العمود المقام مع انخفاض سرعة الضوء. فكلما زاد التغير في الكثافة، زاد التغير في السرعة والاتجاه. وعندما ينتقل الضوء من وسط عالي الكثافة إلى وسط ذي كثافة أقل، ينحرف الشعاع مبتعدًا عن العمود المقام مع زيادة سرعة الضوء. مرة أخرى، كلما زاد التغير في الكثافة، زاد التغير في السرعة والاتجاه، ولكن هذه المرة ينحرف الضوء مبتعدًا عن العمود المقام بدلًا من الانحراف في اتجاهه.

في جميع الأشكال الأربعة، ينكسر الضوء مرتين. وذلك لأن الضوء يدخل وسطًا مختلفًا مرتين. يحدث الانكسار الأول عند دخوله الجسم الرمادي. أما المرة الثانية التي ينكسر فيها الضوء، فتحدث عندما يخرج من الجسم الرمادي. نبحث عن الجسم الذي ينتقل فيه الضوء بأكبر سرعة. بالنظر إلى أول تغير في الاتجاه، عندما يدخل الضوء إلى الجسم، علينا تحديد الجسم الذي يتعرض فيه الشعاع لأكبر تغير في الاتجاه مبتعدًا عن العمود المقام.

في الشكل ‪A‬‏، نلاحظ أن الشعاع ينحرف باتجاه العمود المقام وليس بعيدًا عنه. هذا يعني أن الزاوية ‪𝜃r‬‏ المحصورة بين الشعاع المنكسر والعمود المقام أصغر من الزاوية ‪𝜃i‬‏ المحصورة بين الشعاع الساقط والعمود المقام. ينطبق الأمر نفسه على الشكلين ‪B‬‏ و‪D‬‏، وإن كنا نلاحظ أن تغير الاتجاه في الشكل ‪B‬‏ يكاد يكون غير ملحوظ. هذا يشير إلى أن كثافة الوسط هنا قريبة من كثافة الوسط المحيط، ومن ثم فإن التغير في السرعة طفيف. في الأشكال ‪A‬‏ و‪B‬‏ و‪D‬‏، تقل سرعة الضوء داخل الجسم.

الشكل ‪C‬‏ هو الشكل الوحيد الذي يوضح انحراف الضوء مبتعدًا عن العمود المقام عند دخوله الجسم. هذا يعني أن الشكل ‪C‬‏ هو الشكل الوحيد الذي تكون فيه زاوية الانكسار ‪𝜃r‬‏ أكبر من زاوية السقوط ‪𝜃i‬‏. بما أن الضوء ينحرف مبتعدًا عن العمود المقام عند دخوله الجسم، فهذا يعني أن سرعة الضوء تزداد داخل الجسم الموضح في الشكل ‪C‬‏. بما أن الشكل ‪C‬‏ هو الحالة الوحيدة التي تزيد فيها سرعة الضوء في الجسم مقارنة بسرعته في الماء المحيط، فلا بد أن هذا هو الجسم الذي ينتقل فيه الضوء بأكبر سرعة.

إذن إجابة هذا السؤال هي الشكل ‪C‬‏.