فهم العلاقة بين الضوء والصوت

الضوء

الضوء هو نوع من الموجات الكهرومغناطيسية التي تسير في الفراغ بسرعة مذهلة تصل إلى 300 ألف كيلومتر في الثانية. تعتمد طاقة هذه الموجات على ترددها، حيث تزداد الطاقة مع زيادة التردد. وفقًا لنظرية النسبية العامة، تعتبر سرعة الضوء هي الحد الأقصى للسرعة التي يمكن أن تتحرك بها أي طاقة أو مادة أو معلومات عبر الفضاء. تعد هذه السرعة مسؤولة عن حركة الجسيمات عديمة الكتلة وسرعة الجاذبية كما تشير النظريات الحديثة، وتسير الجسيمات والأمواج بسرعة الضوء بغض النظر عن سرعة مصدرها.

الصوت

الصوت هو ظاهرة فيزيائية تلعب دورًا رئيسيًا في حاسة السمع، وتختلف قدرة السمع بين الكائنات الحية. على سبيل المثال، يمكن للإنسان سماع الذبذبات التي تتراوح تردداتها بين 15 و20,000 هيرتز، حيث تصل هذه الذبذبات إلى الأذن الداخلية عبر الهواء. وقد أطلق العلماء على الذبذبات المماثلة التي تنتج في السوائل والمواد الصلبة اسم الصوت.

أما الموجات فوق الصوتية، فهي تلك التي تتجاوز ترددها 20,000 هيرتز. سواء كانت الموجات الصوتية تنتقل عرضيًا أو طوليًا، فإن الطاقة الناتجة عن حركة موجة الصوت تنتقل عبر الوسيلة الناقلة دون أن يتحرك أي جزء منها.

خصائص الضوء

• خصائص هندسية:
  • الانتشار في خطوط مستقيمة.
  • السرعة المحدودة.
  • الانعكاس.
  • الانكسار.
  • التشتت.
• خصائص موجية:
  • التداخل.
  • الحيود.
  • الخاصية الكهرومغناطيسية.
  • الاستقطاب.
  • الانكسار المزدوج.
• خصائص كمية:
  • المدارات الذرية.
  • كثافات الاحتمالية.
  • مستويات الطاقة.
  • الكمات.
  • الليزر.

خصائص الصوت

• درجة الصوت.
• ارتفاع الصوت.
• جودة الصوت.
• التردد.
• السعة.
• نمط الموجة.

سرعة الضوء

نظرًا للسرعة الكبيرة جدًا للضوء، فإنه يتحرك فوريًا. وبسبب المسافات الشاسعة بين الكواكب والنجوم، قام علماء الفيزياء بعرض طريقة لقياس تلك المسافات تُعرف بالسنة الضوئية، حيث تعتبر سرعة الضوء ثابتة عند 300 ألف كيلومتر في الثانية، مما يعني أن ضوء الشمس، الذي يبعد عنا مسافة 150 مليون كيلومتر، يصل إلى الأرض في حوالي 8 دقائق.

أشارت نظرية آينشتاين النسبية إلى عدم وجود سرعة أكبر من سرعة الضوء، وقد وضعت هذه السرعة معيارًا للسرعة النظرية للحواسيب، إذ تنتقل المعلومات داخل الحاسوب كتيارات كهربائية من شريحة إلى أخرى، كما أن جميع الموجات الكهرومغناطيسية تنتقل بنفس السرعة، نظرًا لأن الضوء هو نوع من هذه الموجات.

سرعة الصوت

تتباين سرعة الصوت بناءً على الوسط الذي تنتقل فيه الموجات. وتعتبر الكثافة ومعامل الحجم من العوامل التي تحدد سرعة الصوت. يتميز الصوت بسرعته الأكبر في المواد الصلبة مقارنةً بالسوائل والغازات، لأن الجزيئات في الغازات تكون متباعدة عن بعضها بينما تكون قريبة جداً في السوائل والمواد الصلبة. كما أن سرعة الصوت تتأثر أيضًا بالحرارة، حيث أن هناك علاقة طردية بينهما. في الهواء الجاف عند درجة حرارة (20 درجة مئوية أو 68 درجة فهرنهايت)، تصل سرعة الصوت إلى حوالي 343 مترًا في الثانية، ما يعادل 1224 كيلومترًا في الساعة.