تتميز سرعة الضوء والصوت بعدد من الخصائص الفريدة، التي تختلف بشكل كبير عن بعضها البعض، حيث تؤثر هذه الخصائص بشكل واضح على سرعة كل منهما وتمنحهما خصائص متميزة تجعل كل منهما فريداً عن الآخر.
الضوء
- علمياً، يُعرف الضوء بأنه مجموعة من الموجات الكهرومغناطيسية، التي تنتشر في الفراغ بسرعة ثابتة تصل إلى 300 ألف كيلو متر في الثانية.
- يعتمد مستوى طاقة الموجات الضوئية على ترددها، حيث تزداد الطاقة كلما زاد تردد الموجات.
- وفقاً للنظرية النسبية، تُعتبر سرعة الضوء الحد الأقصى للسرعة في الكون، والتي تُستخدم للسفر بواسطة الطاقة أو المعلومات أو حتى المادة في الفضاء.
- تعتبر سرعة الضوء أيضاً سرعة انتقال الأجسام التي لا تمتلك كتلة، وهي السرعة المعتمدة لنقل الجاذبية وقد استعرضت العديد من النظريات العلمية هذا الأمر منذ زمن بعيد.
- بغض النظر عن اختلاف سرعة المصدر، فإن الجسيمات غير الكتلية تتحرك بسرعة الضوء بغض النظر عن كتلها وسرعة المصدر.
الصوت
- الصوت هو ظاهرة فيزيائية ترتبط بحاسة السمع، وتختلف تأثيراتها باختلاف معدل السمع لدى الكائنات الحية.
- بالنسبة للإنسان، تتراوح ترددات الصوت الذي يمكنه سماعه بين 15 و 20 ألف هرتز، وأي تردد أقل لن يُسمع.
- تنتقل ذبذبات الصوت إلى الأذن الداخلية عبر الهواء، إضافةً إلى انتقالها من خلال المواد الصلبة والسائلة، حيث تُعرف الأصوات الناتجة عنها أيضاً بأنها أصوات.
- إذا زادت الذبذبات عن 20 ألف هرتز، يُطلق عليها العلماء اسم الموجات فوق الصوتية. يمكن أن يتنقل الصوت بشكل طولي أو عرضي، ولكن يجب أن يبقى أي جزء من الناقل أو المؤثر في الوسيط متوقفاً.
- الوسيط هو المسار الذي يمر من خلاله الصوت، ويجب أن يكون خالياً من أي مؤثرات خارجية لضمان نقل الصوت بسرعة فعالة.
خصائص سرعة الضوء والصوت
تختلف خصائص سرعة الضوء والصوت بشكل كبير، حيث إن سرعة الصound أقل من سرعة الضوء. إليكم أهم خصائص كلاهما:
1- خصائص سرعة الضوء
- الخصائص الهندسية: يتميز الضوء بأنه ينتشر في خطوط مستقيمة وله سرعة محدودة. كما تتضمن خواصه الهندسية الانعكاس والانكسار والتشتت.
- الخصائص الموجية: تتميز موجات الضوء بالتداخل والحيود والاستقطاب، وهي أيضاً موجات كهرومغناطيسية، ولها انكسار مزدوج.
- الخصائص الكمية: تتصف الخصائص الكمية المرتبطة بالضوء بأن مداراته ذرية والكثافة احتمالية ومستويات الطاقة مرتبطة بالضوء، كما تشمل الكمات والليزر.
2- خصائص سرعة الصوت
- تختلف خصائص سرعة الصوت عن الضوء، إذ إن الصوت له خصائص معينة تؤثر على سرعته، مما يجعله أكثر عرضة للتأثير بالعوامل الخارجية.
- تتضمن العوامل المؤثرة في سرعة الصوت: درجة الصوت، ارتفاعه، جودة الصوت ونقائه، نمط الموجات وكذلك التردد، وسعة الصوت.
سرعة الضوء
- تعتبر سرعة الضوء أكبر سرعة معروفة حتى الآن، مما يجعلها تعكس سرعة نقل الصوت بشكل سريع. لذلك، اعتمد العلماء سرعة الضوء كمقياس ثابت للمسافات خلال الفضاء.
- تم اعتبار سرعة الضوء ثابتة عند 300000 كيلو متر في الثانية، ولذا فإن الضوء الذي يصل من الشمس إلى الأرض، على مسافة 150 مليون كم، يستغرق حوالي 8 دقائق.
- أثبت أينشتاين في نظرياته، وخاصة نظرية النسبية، أن سرعة الضوء هي السرعة الأعلى في الكون، وقد أدى ذلك إلى اكتشافات متعددة، بما في ذلك تطور الحاسوب عبر الموجات الكهرومغناطيسية.
سرعة الصوت
- بخلاف الضوء، فإن سرعة الصوت تعتمد بشكل كبير على الوسط الذي تنتقل فيه، بالإضافة إلى العوامل الخارجية المؤثرة.
- تتأثر سرعة الصوت بكثافة الجسم الذي يتحرك خلاله، سواء كان صلباً أو سائلاً أو غازياً، فضلاً عن العوامل الخارجية التي تؤثر عليه.
- درجة حرارة الجو المحيط إحدى العوامل المؤثرة، حيث يمكن أن تصل سرعة الصوت إلى 343 متر في الثانية في الظروف المعتدلة والجافة.
أيهما أسرع: الضوء أم الصوت؟
- يسعى الكثير لمعرفة من هو الأسرع، الضوء أم الصوت، وللإجابة فإن الضوء هو الأسرع في الكون حتى الآن.
- يظهر ذلك جلياً عند حدوث البرق، حيث يسير الضوء أسرع من صوت الرعد الناتج عنه، إذ يتبع الصوت الضوء بسبب اصطدام أجزاء الضوء ببعضها البعض، مما يؤدي إلى الإصابة بالصوت.
- تعتبر سرعة الضوء ثابتة، بينما تتأثر سرعة الصوت بالعديد من العوامل المحيطة به، مما يجعل مقارنة سرعة كلاهما أمر واضح وسهل.
العوامل المؤثرة على سرعة الصوت
- تتأثر سرعة الصوت بعدد من العوامل المختلفة، وهو ما يميزها عن سرعة الضوء التي تظل ثابتة في معظم الظروف.
- المحيط: يؤثر نوع الوسط وكثافته بشكل كبير في سرعة الصوت، إذ كلما زادت مرونة الوسط، زادت السرعة.
- درجات الحرارة: يؤثر انخفاض أو ارتفاع درجات الحرارة بشكل سلبي على سرعة الصوت، حيث تزداد السرعة مع ارتفاع الحرارة وتقل مع انخفاضها.
- الضغط: يتأثر الصوت أيضاً بالضغط في المحيط، حيث كلما زاد الضغط في الوسط، انخفضت سرعة الصوت عن المعدل الطبيعي.