سرعة النور

من ويكيبيديا، الموسوعه الحره
روح على: استكشاف، تدوير
سرعة شعاع ليزر فى الهواء وبيكون 99.97% منها فى الفضاء

سرعة النور مصطلح فى الغالب بيستخدم علشان يشير لسرعة النور فى الفضاء. وده علشان سرعة النور بتختلف من ماده للتانيه بس فى الفراغ سرعة النور ثابته ومبتعتمدش على اللون ولا على الكثافه ولا على اتجاه الحركه بتاع النور. ده غير كمان ان سرعة النور مبتعتمدش علي حركة مصدر النور ولا على حركة الراصد.

سرعة النور عباره عن كميه ثابتة فى الفيزيا, وعلشان نعبر عنها فى قوانين الفيزيا بنستخدم حرف الـ c والى قيمته بالظبط بتساوى 299,792,458 م/ث. وهو بيساوى ( بعد ما نقربه لأقرب تلات ارقام) 300.000الف كم/ث ودا بيساوى 186 الف ميل فى الثانية او تقريبا مليار كم/س ودا بيساوى 671 مليون ميل فى الساعة.

و من النسبيه خاصه لـ البرت اينشتاين نقدر نقول ان سرعة النور او (الثابت c ) هى اكبر سرعة تقدر اى حاجة من ( طاقة او مادة او معلومات ) فى الفضاء . وسرعة النور هى سرعة الى بتسافر بيها الاجسام الى ماهالش كتلة ( زى الإشعاع الكهرومغناطيسى زى الضوء ) فى الفضاء . وبتسافر الأجسام و الأمواج بالسرعة c مهما كانت سرعة المصدر او مكان المراقب . فى نظرية النسبية الـ c بيربط بين المكان و الزمان وبرضوا بيظهر فى معادلة الكتلة والطاقة الى بالصيغة<E = mc2 [1].

السرعة الى بيمشى بيها النور فى المواد الشفافة زى المية و الزجاج بتكون اقل من c والسرعة دى بتتمثل بحرف الـ v . والنسبة ( ناتج قسمة ) بين سرعة النور فى الفضاء c وسرعته فى المادة الشفافة v اسمها معامل الإنكسار المادة دى n وبتكون المعادلة الى بتوصف دا هى ( n = c / v ). ومثال على دا : معامل إنكسار النور فى الزجاج بيساوى 1.5 ومعناه ان النور بيمشى فى الزجاج بسرعه 200.000 الف كم/ث تقريبا ودا بناءً على المعادلة v = c / 1.5 وفى نفس الوقت بيكون معمال إنكسار النور فى الهوا بيساوى 1.0003 وبالتالى بيكون سرعة النور فى الهواء بتساوى 299,705 كم/ث اى اقل تقريبا بـ 90 كم/ث من الثابت c. ونقدر نقول ان الشمس تبعد عنا حوالي 150 مليون كيلو متر وضوء الشمس يستغرق حوالي 8 دقائق 17 ثانيه للوصل الي الارض واقرب مجره هي مجره المرأه المسلسله وتبعد عنا حوالي 4.3 سنه ضوئيه

فى بعض الحالات , بنفتكر ان الضوء وبعض الموجات الكهرومغناطيسية Electromagnetic waves بتتحرك حركة فورية , لاكن فى المسافات الطويلة و القياسات الدقيقة بيكون لسرعتهم المحدودة ( c ) دور مهم . امثلة : فى التواصل مع المسابر الفضائية , ممكن ناخد من 10 دقائق علشان نوصل رسالة من الارض للمسبار و العكس بالعكس . الضوء الى بنشوفه من النجوم طلع منهم من سنين , ودا بيسمح لنا اننا ندرس تاريخ الكون. السرعة المحدودة للضوء برضوا بتحد من السرعة النظرية للكمبيوترات . وممكن تستخدم فى مقاييس وقت الرحلة ودا لقياس المسافات البعيدة بدقة كبيرة.

سنة 1676 "اولى روم" " Ole Rømer " هو اول شخص اثبت ان للنور سرعة محدودة ( عكس "الفورية" ) ودا عن طريق دراسته لقمر المشترى " IO ". سنة 1865 , جايمس كلارك ماكسويل افترض ان النور عبارة عن موجه كهرومغناطيسية Electromagnetic wave , وعلشان كدا بيسافر بسرعة c ودا بيظهر فى نظريته الكهرومغناطيسيه[2]. . سنة 1905 , افترض اينشتاين ان النور بيكون منفصل عن مصدره[3], واكتشف نتايج الفرضية عن طريق اشتقاق نظرية النسبيه خاصه ووضح ان للثابت c اهمية برة سياق النور والكهرومغناطيسية. وبعد عقود من زيادة دقة القياس , سرعة النور اتعرفت أنها بتساوى 299,792,458 م/ث بس بخطأ فى القياس وصل لـ 4 اجزاء لكل البليون. سنة 1983 , اتعاد تعريف المتر فى النظام الدولى للوحدات (International System of Units (SI انه "المسافة الى بيقطعها الضوء فى الفضاء فى زمن قدره \frac{1}{299.792.458} ثانيه".

المصادر[تعديل]

  1. The Natural Laws of the Universe: Understanding Fundamental Constants. Springer. 2008. pp. 43–4. ISBN 0-387-73454-6. 
  2. واحدي نتائج قوانين الكهرومغناطيسييه (مثل معادلات ماكسويل) هي ان c سرعه الامواج المكهرومغناطيسيه وهي لا تتعلق بسرعه الجسم الي بيطلقها’ يعني سرعه موجه ضوئيه منبعثه من جسم متحرك مش بتختلف باختلاف سرعه المصدر وستكون سرعه الضوء ثابته (مع أن لون شعاع النور هيختلف ، لو هيختلف طول موجته ، وده اسمو تأثير دوبلر). كانت استنتاجات ماكسويل المذهلة هي الصيغة التالية التي تمثل سرعة النور c = \frac{1}{\sqrt{\mu_0 \varepsilon_0}} \ حيث: c - سرعة النور أو الموجة الكهرومغناطيسية μ0 - معامل النفاذية وقيمته 4π × 10-7 H/m (هنري\متر) ε0 - معامل السماحية وقيمته 8.854187817 × 10-12 F/m (فاراد\متر) لعلاقة بين سرعة النور وطول الموجة مثل طول الموجة عادة بالحرف الإغريقي لامدا (λ). وتربط المعادلة البسيطة التالية العلاقة بين طول الموجة الضوئية وترددها وسرعتها ، يعني سرعة النور c: \lambda=\frac{c}{f} حيث: f هو تردد الموجة. سرعة تقدم الموجة الضوئية في الفراغ تساوي 3\cdot10^8 \frac{m}{sec} ، ويتكون دائما بالحرف c. ونظرا لكون النور ما هو إلا موجة كهرومغناطيسية فإن هذه المعادلة تطبق أيضا على كل الموجات الكهرومغناطيسية ، على اختلاف أنواعها من موجة راديو (لاسلكية) أو أشعة فوق البنفسجية أو أشعة تحت الحمراء ، أو موجة ميكروويف ، أو أشعة سينية أو أشعة جاما. من المعادلة ديه يمكن استنتاج تردد الموجة بمعرفة طول الموجة. يعني لوم كان طول موجة شعاع الاسلكي 30 سنتيمتر يكون تردده 1 جيجا هرتز. ونلاحظ استخدام الوحدات : فمثلا نقيس سرعة النور بالمتر/الثانية أو السنتيمتر/ ثانية ، ونقيس طول الموجة بالمتر أو بالتالي سنتيمتر ، فينتج التردد 1/ثانية ، أي هرتز ، حيث أن 1 هرتز = 1/ثانية. اشتقاق سرعة النور من معادلات ماكسويل Crystal Clear app kdict.png طالع أيضًا: معادلات ماكسويل قام ماكسويل بتجميع أربع معادلات شهيرة في الكهرومغناطيسية هي: قانون غاوس لتدفق الحقل الكهربائي: \nabla \cdot \mathbf{E} = \frac{\rho}{\epsilon} قانون غاوس للمغناطيسية: \nabla \cdot \mathbf{B} = 0 قانون الحث لفرداي: \nabla \times \mathbf{E} = -\frac{\partial \mathbf{B}} {\partial t} قانون أمبير: \nabla \times \mathbf{B} = \mu\mathbf{J}_c إضافة لذلك فقد عمل ماكسويل على تعميم قانون أمبير للمجالات المتغيرة زمنياً وبكده العلاقة بالصورة \nabla \times \mathbf{H} = \mu\mathbf{J} + \mu\epsilon\frac{\partial \mathbf{E}} {\partial t} لما ماكسويل حل هذه المعادلات الأربعه في الفراغ وتوصل إلى الصلة الوثيقة بين سرعة الموجة الكهرومغناطيسية وبين ثابت العازلية وثابت المغناطيسية. يمكن إعادة المعادلات السابقة على افتراض أن النور ينتشر في الفراغ حيث لاتوجد أي شحنات كهربائية أي أن \rho=0\, و\mathbf{J}=0\, فتصبح بالصورة \nabla \cdot \mathbf{E} = 0 \nabla \cdot \mathbf{B} = 0 \nabla \times \mathbf{E} = -\frac{\partial \mathbf{B}}{\partial t} \nabla \times \mathbf{B} = \mu_0\epsilon_0\frac{\partial \mathbf{E}} {\partial t} لإيجاد معادلة الموجة لازم نجيب المشتقة الثانية في كل من الزمن والفضاء. بداية بأخذ الالتواء لطرفي المعادلة الثالثة وبتعويض النتيجة في المعادلة الرابعة نجد أن \nabla \times (\nabla \times \mathbf{E}) = -\frac{\partial \mathbf{\nabla \times \mathbf{B}}}{\partial t} من نظرية تفاضل المتجه، نعلم أن \nabla \times (\nabla \times \mathbf{E}) = -\nabla^2\mathbf{E} + \nabla \cdot(\nabla \cdot \mathbf{E}) على هذا الأساس تصبح \nabla^2\mathbf{E}= \mu_0\epsilon_0\frac{\partial^2 \mathbf{E}} {\partial t^2} وهذه معادلة موجة في ثلاثة أبعاد، وللتبسيط يمكن دراستها في بعد واحد بالشكل \frac{\partial^2 E} {\partial x^2}= \mu_0\epsilon_0\frac{\partial^2 E} {\partial t^2} بالبحث عن حل للمعادلة الجيبية، بدلالة السرعة v والطول الموجي \lambda يفترض أن تكون E = E_0 sin(2\pi\frac{x-vt}{\lambda}) بمفاضلة هذه المعادلة مرتين نحصل على \frac{\partial^2 E} {\partial x^2}= - E_0 \left(\frac{2\pi}{\lambda}\right)^2 sin\left(2\pi\frac{x-vt}{\lambda}\right) و \frac{\partial^2 E} {\partial t^2}= - E_0 \left(\frac{2\pi v}{\lambda}\right)^2 sin\left(2\pi\frac{x-vt}{\lambda}\right) بالتعويض عنها مرة أخرى في معادلة الموجة نجد أنها تمثل حلاً شريطة أن v^2=\frac{1}{\mu_0\epsilon_0} أثارت هذه النتيجة فضول آينشتين وكانت السبب الرئيس في تطويره لنظرية النسبية الخاصة. How is the speed of light measured. 
  3. Einstein from "B" to "Z" – Volume 9 of Einstein studies. 2002. p. 226. ISBN 0-8176-4143-2.