تتغير سرعة موجة الضوء القادمة من القلم عند مرورها من وسط إلى آخر، مثل الهواء إلى الماء أو الزجاج. سرعة الضوء في الهواء هي 300,000 كيلومتر في الثانية، بينما سرعته في الماء هي 225,000 كيلومتر في الثانية، وفي الزجاج هي 200,000 كيلومتر في الثانية.
يحدث هذا التغيير بسبب تغير معامل الانكسار للوسط. معامل الانكسار هو النسبة بين سرعة الضوء في الفراغ إلى سرعته في الوسط. فكلما زاد معامل الانكسار للوسط، قلت سرعة الضوء فيه.
عند مرور موجة الضوء من وسط إلى آخر، فإنها تنكسر بزاوية معينة. هذه الزاوية تعتمد على معاملي الانكسار للوسطين.
في حالة الضوء القادم من القلم، فإن سرعة الضوء تتغير عند مروره من الهواء إلى الماء أو الزجاج. هذا يؤدي إلى انكسار الضوء بزاوية معينة.
إذا كان القلم عموديًا على سطح الماء أو الزجاج، فإن الضوء المنعكس من سطح الماء أو الزجاج يكون عموديًا أيضًا. ولكن إذا كان القلم غير عمودي على سطح الماء أو الزجاج، فإن الضوء المنعكس يكون بزاوية معينة.
وهذا هو السبب في أن شكل القلم يبدو مختلفًا عند النظر إليه من داخل الماء أو الزجاج.
فيما يلي شرح مفصل لكيفية حدوث تغيير سرعة الضوء:
يمكن تمثيل موجة الضوء بأنها مجموعة من الجسيمات المشحونة تتحرك في اتجاه معين. عندما تمر هذه الجسيمات من وسط إلى آخر، فإنها تتفاعل مع الجسيمات المشحونة في الوسط الجديد. هذه التفاعلات تبطئ من حركة الجسيمات، مما يؤدي إلى انخفاض سرعة موجة الضوء.
يمكن حساب سرعة الضوء في وسط معين باستخدام المعادلة التالية:
v = c / n
حيث:
- v هي سرعة الضوء في الوسط
- c هي سرعة الضوء في الفراغ
- n هو معامل الانكسار للوسط
فإذا كانت سرعة الضوء في الفراغ هي 300,000 كيلومتر في الثانية، وكان معامل الانكسار للماء هو 1.33، فإن سرعة الضوء في الماء ستكون:
v = 300,000 / 1.33 = 225,000 كيلومتر في الثانية
وبالمثل، إذا كانت سرعة الضوء في الفراغ هي 300,000 كيلومتر في الثانية، وكان معامل الانكسار للزجاج هو 1.5، فإن سرعة الضوء في الزجاج ستكون:
v = 300,000 / 1.5 = 200,000 كيلومتر في الثانية
