نسخة الفيديو النصية
عند مرور شعاع ضوء من وسط إلى وسط آخر أقل كثافة، هل تزداد سرعة الشعاع، أم تقل أم لا تتغير؟
يدور هذا السؤال حول كيفية تأثير كثافة الوسط أو المادة على سرعة شعاع الضوء في هذا الوسط. لذا، علينا أن نتذكر أن الضوء ينتقل بسرعات مختلفة في الأوساط المختلفة. كما أن علينا أن نتذكر أيضًا أن كلمة «أوساط» هي جمع كلمة «وسط».
يعرف الكثير من الأشخاص مصطلح «سرعة الضوء». لكن هذا المصطلح يشير عادة إلى سرعة الضوء في الفراغ فقط، مثل الفضاء الفارغ. على سبيل المثال، ينتقل الضوء أبطأ قليلًا في الهواء. ولكنه ينتقل أبطأ من ذلك في الماء؛ وينتقل أبطأ من ذلك بكثير في الألماس.
بمعلومية ذلك، يمكننا التعرف على نمط معين هنا. في هذه الأوساط المختلفة التي ذكرناها الآن، ينتقل الضوء أبطأ في المواد الأكثر كثافة. ويصح القول دائمًا بأنه كلما زادت كثافة الوسط، قلت سرعة الضوء في هذا الوسط. وبالمثل، يصح القول أيضًا بأنه كلما قلت كثافة الوسط، زادت سرعة الضوء. قد يكون هذا منطقيًّا بشكل بديهي إذا فكرنا في التعميم الذي مفاده أن المادة الأكثر كثافة يكون الانتقال عبرها أصعب. على سبيل المثال، يكون المشي في الهواء أسهل بكثير من المشي في الماء. ونحن نعلم أن الهواء أقل كثافة بكثير من الماء.
ينطبق مبدأ مشابه على شعاع الضوء؛ وذلك لأن كثافة المادة غالبًا ما ترتبط مباشرة بمعامل انكسار هذه المادة. تذكر أن معامل الانكسار، الذي نرمز له بحرف 𝑛 الصغير، مقياس لمدى بطء انتقال الضوء عبر وسط معين مقارنة بسرعة انتقاله في الفراغ. دعونا نوضح على الشاشة معاملات انكسار الأوساط الأربعة المختلفة التي ذكرناها في بداية الفيديو.
المواد ذات الكثافة العالية لها عادة معامل انكسار كبير. فكلما زاد معامل الانكسار، قلت سرعة انتقال الضوء عبر المادة. وبالمثل، فإن المواد الأقل كثافة عادة ما يكون لها معامل انكسار أصغر. وكلما قل معامل الانكسار، زادت سرعة انتقال الضوء عبر المادة.
على سبيل المثال، لنفترض أن لدينا شعاعًا ضوئيًّا يقترب من ألماسة. يمر الضوء في البداية عبر الهواء. وبمجرد مرور الضوء إلى الألماسة، التي نعلم أنها أكثر كثافة من الهواء، تقل سرعة الضوء. بسبب شكل الألماسة، سيغير الشعاع اتجاهه وينعكس داخلها قبل خروجه منها. وعند مرور الضوء إلى الهواء مرة أخرى، تزداد سرعته لأنه ينتقل إلى مادة أقل كثافة بصريًّا.
إذن، السؤال المطروح علينا هنا هو «عند مرور شعاع ضوء من وسط إلى وسط آخر أقل كثافة، هل تزداد سرعة الشعاع، أم تقل أم لا تتغير؟» ونحن نعلم أن الإجابة الصحيحة هي أنها «تزداد».
