چرا نور سایه ندارد؟

چرا نور سایه ندارد؟ این سوالی است که شاید در ذهن شما هم شکل گرفته باشد. برای مثال اگر شما کبریتی روشن کنید و به آن نور بتابانید سایه چوب کبریت را می‌بینید ولی سایه‌ی خود شعله آتش را نمی‌بینید. اتفاق جالبی است نه؟ به نظر شما دلیل این اتفاق چیست؟ آیا چشم ما توانایی دیدن سایه‌ی آتش و نور را ندارد؟ و یا دلیل دیگری وجود دارد؟

در این مقاله از مجله بروکس سعی می‌کنیم بهترین جواب به سوالات بالا را به زبان ساده مطرح کرده و تمام ابهامات را برطرف کنیم. از مفاهیم پایه‌ای شروع می‌کنیم.

نور چیست؟

نور شکلی از انرژی است كه به صورت واحدهای كوچك انرژی متحرك، از منبع نور تولید شده و می‌تابد و سريع‌ترين پديده جهان است. سرعت نور حدودا 300 هزار کیلومتر بر ثانیه است.

طول موج نور حدود 380 تا 740 است و به سه دسته مادون قرمز (‌با طول موج‌های بلندتر)، فرابنفش (باطول موج کوتاه‌تر) و مرئی دسته‌بندی می‌شود. به طور خلاصه، نور تابشی الکترومغناطیسی‌ است که به چشم انسان می‌رسد.

نور با سرعت بسیار زیاد از منبع خود دور شده و به صورت موج الکترومغناطیسی در فضا و محیط پخش می‌شود و به اشیا برخورد می‌کند. بازتاب نور از اشیا به چشم ما می‌رسد و باعث می‌شود تا جسم و رنگ را ببینیم. در نتیجه بینایی ما و رنگ اجسام رابطه‌ی مستقیمی با نور دارند. کارکرد دیگر نور، در گیاهان است که به آن فتوسنتز می‌گویند؛ یعنی گیاهان، نور تابیده شده به خودشان را جذب کرده و با استفاده از آن مواد غذایی برای رشد خود را تولید و ذخیره می‌کنند. پس علاوه بر رنگ و بینایی، نور برای رشد گیاهان هم ضروری است.

با توجه به تعریف بالا می‌توان اجسام را به دو دسته کلی تفکیک کرد:

• اجسام منیر: اجسام منیر یا منبع نور یا چشمه‌ی نور اجسامی هستند که از خود نور تولید می‌کنند؛ مثل لامپ، شمع و خورشید.
• اجسام غیر منیر: اجسامی که از خود نوری تولید نمی‌کنند و نور را بازتاب می‌دهند و نور بازتاب شده به چشم ما می‌رسد و آن‌ها را می‌بینیم.

منبع نور یا چشمه نور چیست؟

گفتیم، اجسامی که از خود نور تولید می‌کنند را جسم منیر و یا منبع نور می‌گویند. زمانی که جسمی نور می‌تاباند يعنی قسمتی از انرژی داخلی خود را از دست می‌دهد. اين انرژی در واقع همان انرژی نور است. در جريان واکنش‌های شيميايی مثل سوختن، انرژی جسم به صورت گرما و نور آزاد می‌شود. در جریان فرآیند‌های اتمی هم دقیقا به همین شکل است. مثلا در سطح خورشید با بروز واکنش‌های اتمی، بخشی از انرژی به صورت گرما و بخشی به صورت نور، آزاد و ساطع می‌شود.

گاهی هم می‌توان انرژی اتم‌های ماده را به صورت مصنوعی افزايش داد. وقتی اتم به حالت اوليه انرژی باز می‌گردد آن انرژی دريافتی را به صورت نور آزاد می‌كند؛ مثل گاز نئون در لامپ‌های نئون يا بخار جيوه در لامپ‌های مهتابی.

به‌طور کلی دو نوع منبع نور داریم:

• منبع نور گسترده: مثل خورشید، لامپ و شعله‌ی شمع.
• منبع نور نقطه‌ای: اگر یک صفحه‌ی سوراخ‌دار را جلوی منبع نور گسترده قرار دهیم، نور از سوراخ می‌تابد و یک منبع نور نقطه‌ای ایجاد می‌کند.

برای درک بهتر موضوع، باید اجسام غیرمنیر را هم بررسی اجمالی کنیم. فهمیدیم که اجسام غیرمنیر، نوری از خود تولید نمی‌کنند و فقط نور را بازتاب می‌دهند. سه دسته‌ی کلی در اجسام غیرمنیر داریم:

• اجسام شفاف: اجسامی که نور را از خود عبور می‌دهند؛ مثل شیشه، آب و هوا.
• اجسام نیمه شفاف: نور را از خود عبور می‌دهند ولی پشت آن‌ها به‌طور واضح دیده نمی‌شود مثل شیشه‌های مات.
• اجسام کدر: اجسامی که نور از آن‌ها عبور نمی‌کند؛ مثل چوب، آجر و … .

سایه چیست؟

سایه بازی همیشه یکی از جالب‌ترین بازی‌های قبل خواب در کودکی بوده است. برای این بازی به سه چیز احتیاج است: منبع نور، دیوار یا جایی که سایه روی آن می‌افتد و دست.

در ادامه کافی بود تا دست را میان منبع نورانی که معمولا چراغ‌‌های نفتی و یا شمع بود، قرار داده و با حرکت‌های مختلف، سایه‌های مختلفی روی دیوار ایجاد کنیم. اما واقعا سایه چیست؟

سایه ناحیه ای

سایه ناحیه‌ی همواره دوبعدی و تاریک ناشی از قرار گرفتن جسمی غیرشفاف و کدر بین چشمه‌ی ‌نور و صفحه‌ی تصویر است. تنها اجرام آسمانی که قادر به تولید سایه روی زمین هستند خورشید و ماه‌اند و در شرایط خاصی، سیاره زهره هم به جمع آن‌ها اضافه می‌شود. سایه ویژگی‌های خاصی دارد. مثلا هر چه به منبع نور نزدیک‌تر‌ باشید سایه‌ی بزرگتری خواهید داشت. دلیل اصلی تشکیل شدن سایه، انتشار نور به صورت خطی است.

البته در نظر داشته باشید که همیشه منبع نور یکی نیست. اگر نور از چند زاویه مختلف به شی بتابد چند سایه تشکیل می‌شود. گاهی ممکن است این سایه‌ها روی هم بیفتند و باعث هم‌پوشانی شوند که این هم‌پوشانی تیره‌تر و تاریک‌تر از سایه‌ی اصلی است. به این پدیده نیم سایه گفته می‌شود.

برای مثال به استادیوم‌های فوتبال در شب دقت کنید. چهار پروژکتور بزرگ در چهار گوشه‌ی ورزشگاه روشن و به عنوان منبع نور استفاده می‌شوند. زمین چمن ورزشگاه هم به عنوان صفحه‌ی تصویر است که قرار است سایه روی آن بیفتد و بازیکنان هم هر کدام به عنوان عاملی که نور را از خود عبور نمی‌دهند، ایجاد سایه می‌کنند. در این حالت و در صورتی که چهار پروژکتور روشن باشد، هر بازیکن 4 سایه دارد که مخالف با جهت تابیدن نور روی زمین تشکیل می‌شود.

کسوف

جالب است بدانید که وقوع خسوف و کسوف هم به سایه بستگی دارد. وقتی ماه بین خورشید و زمین قرار می‌گیرد سایه‌اش روی زمین می‌افتد و کسوف رخ می‌دهد و اگر زمین بین خورشید و ماه قرار گیرد، سایه‌اش روی ماه می‌افتد و خسوف اتفاق می‌افتد.

حالا که با مفاهیم پایه‌ای نور و سایه آشنا شدیم، باید به سوال ابتدایی این مقاله که چرا نور سایه ندارد، پاسخ دهیم.

چرا نور بدون سایه است؟

همانطور که فهمیدیم برای تشکیل سایه به عنصر اصلی جسم کدر در دسته‌بندی اجسام غیرمنیر نیازمندیم. از طرفی دانستیم که نور و منبع نور در دسته‌بندی اجسام منیر قرار می‌گیرند، در نتیجه امکان وجود سایه برای جسمی که خودش تولیدکننده نور است، وجود ندارد.

اگر شما یک چوب کبریت را آتش بزنید و چوب کبریت روشن را بین منبع نور دیگری و دیوار بگیرید، سایه‌ی دست و چوب کبریت را روی دیوار خواهید دید ولی سایه‌ای از شعله‌ی سر کبریت وجود نخواهد داشت. این یک پدیده‌ی فیزیکی ساده است. البته ممکن است با جریان همرفتی‌ای که شعله ایجاد می‌کند، هاله‌های سایه مانندی در بالای آتش تشکیل شود که دلیل آن هم غلیظ‌تر شدن هوا با توجه به گرم شدن آن و جنبش مولکولی بیشتر است.

کلام آخر

در این مقاله از بروکس سعی کردیم با زبان ساده و بررسی مفاهیم اولیه فیزیک نور، به سوال چرا نور سایه ندارد، پاسخ دهیم. نور کاربرد بسیار زیادی در زندگی ما دارد و تمام حس بینایی، توانایی تشخیص رنگ و درصد زیادی از اکسیژنی که تنفس می‌کنیم، بدون واسطه به نور بستگی دارد. با توجه به اهمیت نور در زندگی روزمره، بیشتر از قبل به نور خانه و محیط کار و زندگی خود اهمیت دهید.

در فروشگاه اینترنتی بروکس می‌توانید مناسب‌ترین و بهترین لامپ‌های کم مصرف را مشاهده و خریداری کنید. با تهیه لامپ‌های کم مصرف علاوه بر روشنایی مطبوع، هزینه‌های قبض برق خود را به نسبت زیادی کنترل کنید.

سؤالات متداول

سرعت نور چقدر است؟

از نور به عنوان پرسرعت‌ترین پدیده‌ی شناخته شده یاد می‌کنند سرعت نور که در معادلات فیزیک با مقدار ثابت C نشان داده می‌شود حدود 300 هزار کیلومتر بر ثانیه در نظر گرفته می‌شود.

نور چه تاثیری در بینایی انسان دارد؟

بینایی انسان حاصل برخورد نور به چشم است. یعنی وقتی نور از منبع نور تابیده می‌شود و به اجسام مختلف برخورد می‌کند، این اجسام هر کدام با توجه به توانایی خود مقداری از نور را بازتاب می کنند و این نور بازتاب شده به چشم انسان برخورد می کند و توانایی دیدن و تشخیص رنگ برای انسان ایجاد می‌شود.

سایه چطور تشکیل می‌شود؟

وقتی یک جسم کدر بین منبع نور و صفحه‌ی تصویر قرار گیرد، نور از جسم کدر عبور نکرده و محیط تاریکی پشت آن ایجاد می‌شود. به آن محیط تاریک که همواره دوبعدی است و با توجه به زاویه‌ی تابش نور اندازه‌های مختلفی پیدا می‌کند، سایه می‌گویند.