تُعد المواد المعتمة والمواد الشفافة من العناصر الأساسية في عالم الفيزياء والعلوم الطبيعية، حيث تلعب دورًا حيويًا في تحديد كيفية تفاعل الضوء مع الأجسام. فالمواد الشفافة، مثل الزجاج والماء، تسمح بمرور الضوء من خلالها، مما يسهم في رؤية الأشياء بوضوح. في المقابل، فإن المواد المعتمة، مثل الخشب والمعادن، تمنع الضوء من المرور، مما يؤدي إلى عدم رؤية ما خلفها. يُعتبر فهم خصائص هذه المواد أمرًا ضروريًا في العديد من التطبيقات العملية، بدءًا من تصميم النوافذ والأدوات البصرية وصولاً إلى الفنون والعمارة. في هذه المقالة، سنستعرض الفروق الرئيسية بين المواد المعتمة والمواد الشفافة، بالإضافة إلى خصائص كل منهما واستخداماتها المتنوعة في حياتنا اليومية.
ما هي المواد المعتمة والشفافة؟
الجسم المعتم هو شيء لا يسمح بمرور الضوء من خلاله، مثل الخرسانة والخشب والمعادن فهي من المواد غير الشفافة، ويمكن أن تكون بعض المواد معتمة للضوء، ولكن ليس لأنواع أخرى من الموجات الكهرومغناطيسية.
الفرق بين المواد المعتمة والمواد الشفافة
- الحالة الأولى اذا قمنا بوضع نجمة خلف جسم شفاف (النافذة الزجاجية) وفي الحالة الثانية، اذا قمنا بوضع الجسم خلف جسم معتم (غلاف الكتاب)، فإن الاختلاف سيكون في هذه الحالات في مقدار الضوء الذي يمر عبر الأشياء في الاعتبار والنافذة الزجاجية وغطاء الكتاب.
- وإذا قمنا بتشغيل المصباح وترك الضوء يمر عبر النافذة الزجاجية، فإنه لا يزال بإمكاننا رؤية الضوء على الجانب الآخر من السطح الزجاجي، وهذا لأن معظم أشعة الضوء المنبعثة من مصدر الشعلة تمر عبر هذا الجسم الشفاف، ولذلك يمكننا القول بأن الأجسام الشفافة هي تلك التي تسمح لجميع أشعة الضوء بالمرور عبرها، فعلى سبيل المثال الأسطح الزجاجية والماء وحتى الهواء.
- الأجسام المعتمة هي تلك التي لا تسمح بمرور أي ضوء من خلالها، مثل غلاف الكتاب والطوب والأشياء الصلبة الأخرى التي يمكننا التفكير فيها كلها غير شفافة بطبيعتها، وهذا يعني أنه لا يمكننا الرؤية من خلال مثل هذا الكائن، أما الأجسام شبة الشفافة فهي تلك التي تقع بين المواد غير الشفافة والشفافة.
- ولفهم المواد شبة الشفافة، نتخيل وجود نافذة زجاجية ضبابية، فإذا عبر شخص ما أو شيء ما نافذة ضبابية، فإننا سنكون قادرين على القول إنه شخص أو كلب ولكن لا يمكننا تحديد من هو أو حتى في بعض الأحيان ما هو، ولن تكون التفاصيل سهلة التمييز؛ وذلك لأن الأجسام شبة الشفافة تسمح لبعض أشعة الضوء بالمرور من خلالها ولكن ليس كلها.
أمثلة على الأجسام الشفافة وشبه الشفافة والمعتمة
1- مواد شفافة: هي التي تسمح للضوء أن يمر من خلالها مثل الزجاج.
2- مواد شبه شفافة: هي التي تسمح لبعض من الضوء المرور من خلالها مثل الزجاج المحبب.
3- المواد المعتمة: هي التي لا تسمح للضوء بالعبور من خلالها مثل الخشب والكرتون.
تأثيرات اللون
عندما يرى الشخص كائنًا ملونًا معتمًا، فإن الضوء المنعكس من الكائن هو فقط الذي يمكنه تنشيط العملية البصرية في العين والدماغ، و نظرًا لأن الإضاءة المختلفة لها توزيعات طاقة طيفية مختلفة، فإن أي كائن معين في هذه الإضاءات سيعكس توزيعات طاقة مختلفة، ومع ذلك، فإن العين والدماغ نظامان رائعان لدرجة أنهما قادران على تعويض هذه الاختلافات، ويتم إدراك الألوان التي تظهر بشكل طبيعي، وهي ظاهرة تسمى ثبات اللون.
ومع ذلك لا ينطبق ثبات اللون عند وجود اختلافات دقيقة في اللون، وعلى سبيل المثال إذا كان هناك جسمان برتقاليان، أحدهما ملون بصبغة برتقالية، والآخر بمزيج من الصبغات الحمراء والصفراء، فإنهم سيتطابقان بدقة في ضوء النهار، أما في ضوء مصباح التنجستن، قد يبدو أحدهما أكثر احمرارًا من الآخر، وبسبب هذا التأثير المسمى “metamerism”، فمن الضروري دائمًا اتباع ظروف الإضاءة والعرض المحددة بدقة عند مقارنة لون العينة بأحد الألوان في أطلس اللون.
تؤثر شدة الإضاءة أيضًا على إدراك اللون، وفي مستويات الإضاءة المنخفضة للغاية، إذ تبدو الأجسام الزرقاء والخضراء أكثر إشراقًا من تلك الحمراء مقارنةً بالسطوع النسبي في الإضاءة الأقوى، وهو تأثير يُعرف باسم تحول “Purkinje” لمكتشفه الفيزيولوجي التشيكي “Jan Evangelista Purkinje”، وفي المستويات الأعلى من الإضاءة، سكون هناك تحول مرتبط في الأشكال، يسمى تأثير “Bezold-Brücke”، بحيث تظهر معظم الألوان حمراء أو خضراء وأكثر زرقاء أو صفراء مع زيادة شدة الإضاءة.
أما إذا تم عرض بقعة ساطعة من الضوء الأبيض على شاشة مضاءة بشكل موحد بضوء أزرق باهت، فإن التأثير المعروف باسم تباين الألوان المتزامن يجعل الضوء الأبيض يظهر باللون الأصفر الباهت ويبدو الضوء الأزرق أكثر رمادية مما لو تم عرض الاثنين بشكل منفصل، ويتم إحداث تدرج اللون التكميلي بواسطة الإضاءة المجاورة، وينتج عن تباين الألوان المتتالي، الذي يحدث عندما يحدق الشخص في لون ثم ينتقل إلى لون آخر، نفس التأثير.
الشخص الذي يحدق في نمط من الألوان لبعض الوقت ثم ينظر إلى منطقة بيضاء يرى صورة لاحقة سلبية للنمط بألوان تكميلية لهذا التأثير والذي يُطلق عليه أيضًا التكيف اللوني، وهو ما يجعل اللون البني يبدو محمرًا لشخص رأى للتو العشب الأخضر.
وبالتالي حتى عندما يتم قياس لون كائن معين وتحديد سببه المادي، يمكن أن تمنع التأثيرات المرئية تحديد الإدراك الدقيق لهذا اللون، كما يمكن تفسير بعض هذه التأثيرات ببساطة من خلال التغييرات في حساسية مستقبلات العين للألوان المختلفة مع تغير الشدة، أو عن طريق التعب في مستقبلات معينة، أو عن طريق تثبيط المستقبل.
رؤية اللون
واحدة من أكثر النظريات نجاحًا في رؤية الألوان، نظرية ثلاثية الألوان، تم اقتراحها لأول مرة حوالي عام 1801 من قبل توماس يونج، طبيب إنجليزي، وصقلها بعد حوالي 50 عامًا العالم الألماني هيرمان فون هيلمهولتز، وبناءً على التجارب في مطابقة الألوان، تفترض هذه النظرية ثلاثة أنواع من مستقبلات اللون في العين، وقد تم تأكيد الوجود الفعلي لمثل هذه الخلايا المستقبلة، المعروفة باسم المخاريط (من شكلها)، أخيرًا في أوائل الستينيات.
الأنواع الثلاثة من المخاريط لها حساسية قصوى في المناطق الزرقاء والخضراء والحمراء من الطيف، مع ذروة الامتصاص بالقرب من 445 نانومتر و535 نانومتر و 565 نانومتر على التوالي، وغالبًا ما يتم تعيين هذه المجموعات الثلاث على أنها S و M و L لحساسيتها للأطوال الموجية القصيرة والمتوسطة والطويلة، حيث تشرح النظرية ثلاثية الألوان أن رؤية الألوان تنتج عن الكثافة النسبية لاستجابة المخاريط S و M و L، (يعطي التحفيز المتكافئ لجميع الثلاثة إدراكًا للون الأبيض)، ومن الواضح أن هناك علاقة وثيقة بين هذه النظرية ثلاثية الألوان ونظام القيمة ثلاثي الألوان.
تتمثل إحدى نقاط القوة في نظرية ثلاثية الألوان في أن وجود عدة أنواع من عمى الألوان يمكن تفسيره ببساطة على أنه عدم وجود وظيفة واحدة أو أكثر من مجموعات الأقماع، و إذا لم تعمل مجموعة واحدة من الأقماع، ينتج عن ذلك ازدواج اللون، والأشخاص الذين يعانون من deuteranopia (مجموعة M مفقودة) أو protanopia (مجموعة L مفقودة) لا يرون سوى الأزرق والأصفر، وفي Tritanopia الأكثر ندرة، تكون الأقماع S مفقودة، ولا يُنظر إلا إلى اللونين الأخضر والأحمر، والأشخاص الذين ليس لديهم نظام مخروطي فعال يعانون من أحادية اللون نادرة للغاية ويمكنهم رؤية الرمادي فقط.
ما هي طبيعة اللون
رأى أرسطو أن اللون هو نتاج مزيج من الأبيض والأسود، وكان هذا هو المعتقد السائد حتى عام 1666، وعندما قدمت تجارب المنشور لإيزاك نيوتن الأساس العلمي لفهم اللون، أظهر نيوتن أن المنشور يمكن أن يكسر الضوء الأبيض إلى مجموعة من الألوان، والتي أطلق عليها الطيف، وأن إعادة تجميع هذه الألوان الطيفية أعادت خلق الضوء الأبيض، وعلى الرغم من أنه أدرك أن الطيف كان مستمرًا، فقد استخدم نيوتن أسماء الألوان السبعة وهي الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والنيلي والبنفسجي لقطاعات من الطيف عن طريق القياس مع النوتات السبع للمقياس الموسيقي.
أدرك نيوتن وجود ألوان غير تلك الموجودة في التسلسل الطيفي، لكنه لاحظ ذلك كل الألوان في الكون التي صنعها الضوء، والتي لا تعتمد على قوة الخيال، وهي إما ألوان الأضواء المتجانسة [أي الألوان الطيفية]، أو مركبة من هذه الألوان، وأدرك نيوتن بذلك أيضًا الأشعة، للتحدث بشكل صحيح، فهي ليست ملونة، ولا يوجد فيها سوى قوة معينة لإثارة الإحساس بهذا اللون أو ذاك.
يوضح الاختلاف غير المتوقع بين إدراك الضوء وإدراك الصوت هذا الجانب الغريب من اللون، وعندما يتم عرض حزم من الضوء بألوان مختلفة، مثل الأحمر والأصفر، معًا على سطح أبيض بكميات متساوية، فإن الإدراك الناتج للعين يشير إلى لون واحد (برتقالي في هذه الحالة) إلى الدماغ، وهي إشارة قد تكون مطابقة لتلك التي ينتجها شعاع ضوء واحد ومع ذلك، وعندما يتم إصدار نغمتين موسيقيتين في وقت واحد، فلا يزال من السهل تمييز النغمات الفردية؛ الصوت الناتج عن مزيج من النغمات لا يتطابق أبدًا مع نغمة واحدة، حيث أن النغمة هي نتيجة لموجة صوتية محددة، لكن اللون يمكن أن يكون نتيجة شعاع ضوئي واحد أو مجموعة من أي عدد من الحزم الضوئية.
