الضوء هو ظاهرة طبيعية معقدة جدا، وكانت سرعته في العالم أعلى من أي جسم أو جزيء حتى وقت قريب جدا. يرتبط الضوء بالعديد من التفاعلات الفيزيائية والكيميائية. خصائصه المميزة مثل التشتت والانتشار بين المواد تمت دراستها من قبل العديد من الباحثين والعلماء. في الفقرات التالية سنقدم أمثلة من الطبيعة توضح تأثير تناثل الضوء، وهو تفسير لهذا التأثير المرتبط بالضوء والأطياف.
مفهوم تأثير تندال
يعبر مفهوم تأثير تندال عن تشتت الضوء أثناء مرور شعاع منه عبر المحاليل الغروية ، حيث تنتشر جزئيات المواد الغروية الفردية وتعكس الضوء، وهو ما يجعل الشعاع مرئيا. وتعتمد درجة التشتت على عاملين هما، تردد الضوء وكثافة الجزئيات، وهو ما يجعل الضوء الأزرق ينتشر بقوة وسرعة أكبر من الضوء الأحمر حسب ظاهرة تندال. ومن ناحية أخرى ، يمكن القول أن الطول الموجي للضوء يسمح للضوء بالانتقال عبر المسافات والانتشار من خلال مواد معينة مثل الغرويات.
يتم توجيه الشعاع الضوئي بواسطة تشتت الضوء عبر المحاليل الغروية، ويتطلب ذلك استيفاء شرطين أساسيين وهما: قطر الجسيمات المشتتة والذي يجب أن يكون أصغر من طول موجة الضوء المستخدم، ومؤشرات الانكسار لوسط التشتت التي تحدد بالحجم والطبيعة والكثافة لجسيمات المادة المعلقة.
تم تسمية هذه الظاهرة التي تسمح للضوء بالمرور عبر المحاليل الغروية باسم العالم الفيزيائي جون تندال الذي اكتشف هذا التأثير عام 1865 ميلادي أثناء إجرائه لبعض التجارب حول الغرويات، ولكن الأول من لاحظ هذه الظاهرة كان فاراداي.
لماذا تسمح الغرويات للضوء بالانتقال عبرها
الضوء المرئي هو شريط ضيق للغاية من طيف الكهرومغناطيسي. يمكن تقسيم الضوء المرئي إلى ألوان مختلفة، ويمكن تحديد الضوء الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والنيلي والبنفسجي. يحدث هذا التقسيم بسبب اختلاف طول الموجة لكل لون. طول الموجة للضوء الأحمر حوالي 720 نانومتر، في حين يبلغ طول الموجة للضوء البنفسجي حوالي 380 نانومتر.
ويظهر بوضوح أن الأطوال الموجة الأصغر تتبعثر عبر جسيمات المواد المعلقة بسهولة أكثر من انتشارها عبر الجسيمات الكبيرة. وهو ما يفسر انتشار طيف الضوء الأزرق بسهولة أكبر من طيف الضوء الأحمر. ويكون انعكاس الموجات من الجزيئات التي تتساوى في حجمها مع طول الموجة الضوئي ، على عكس الجسيمات التي تكون أصغر من طول الموجة الضوئية.
عندما يدخل ضوء الشمس إلى الغلاف الجوي ، تنتشر الأطوال الموجية الأقصر بسبب وجود غاز الأكسجين الأولي والنيتروجين
تنتشر هذه الأطوال الموجية في جميع الاتجاهات، ولذلك تبدو السماء بلون أزرق، وتبدو الشمس صفراء بسبب وصول الأطوال الموجية الصفراء غير المبعثرة إلى عيوننا. ويمكن تفسير التغير في لون السماء عند شروق الشمس وغروبها بتأثير تندال أيضًا.
يسمح الخط البصري المباشر برؤية الأطوال الموجية الصفراء والحمراء في الأفق. وتلعب المسافة الضوئية المقطوعة وزيادة الجزيئات دورًا رئيسيًا في ظهور بعض الألوان .
نماذج من الطبيعة على تأثير تندال
تعتبر التفاعلات الكيميائية التي تؤدي إلى ظواهر طبيعية مختلفة أعمالاً فنية رائعة، وفيما يلي أمثلة من الطبيعة عن تأثير تندال
عرض ممتاز لتأثير تندال: يعتبر إبراز شعاع المصباح في كوب من الحليب عرضا رائعا لتأثير تندال. يمكن استخدام الحليب الخالي من الدسم أو تمييعه بقليل من الماء لرؤية تأثير الجزيئات الغروية على شعاع الضوء. على سبيل المثال، يمكن رؤية تأثير ظاهرة تندال على الضوء الأزرق من الدخان الناتج عن الدراجات النارية أو المحركات ثنائية الأشواط.
إضاءة مصابيح السيارة في جو ضبابي، والنور الذي ينبعث من السماء في الجو بأكمله، هما أمثلة على تأثير الانعكاس المتعرج للضوء، وقطرات الماء التي تنتشر في الضوء.
يحدث لون السماء الأزرق بسبب تشتت الضوء، ولكن هذا التأثير يسمى تشتت رايلي وليس تأثير تندال، لأن الجزيئات المعنية هي جزيئاتالهواء التي أصغر بكثير من جزيئات المادة الصلبة. وبالمثل، فإن تشتت الضوء من جزيئات الغبار ليس بسبب تأثير تندال، لأن حجم تلك الجسيمات كبير جدًا.