وقتی در طول بارندگی فقط یک رنگین کمان می بینیم در واقع چند رنگین کمان وجود دارد؟ پاسخ این سؤال آنطور که فکر می کنید ساده نیست! وقتی نور وارد یک قطره آب می شود، در داخل قطره بازتاب کرده، و آنچه به چشم ما باز می تابد رنگین کمان را تشکیل می دهد. هر قطره باران، نوری را که واردش می شود در تمام جهات ممکن بازتابانده و می شکند. اولین بار که نور با قطره برخورد می کند، یک پرتو کسری از آن نور بازتاب می کند و و بقیة آن در طول قطره حرکت می کنند تا به پشت قطره از سمت داخل برخورد کنند. دوباره، مقداری از نور شکت خورده و مقداری بازتاب می کند. در هر برخورد با سطح سطح داخلی قطره، مقداری از نور باز می تابد و در قطره می ماند، و باقیماندة آن خارج می شود. بنابراین پرتو های نور می توانند بعد از یک، دو، سه بازتاب داخلی یا بیشتر از قطره خارج شوند.

وقتی شما دو رنگین کمان می بینید، اولین یا اصلی ترین کمان در زاویة ۴۲ درجه، با نور قرمز در بیرون و نور بنفش در داخل به طور واضح دیده می شود. کماان دوم همیشه کم رنگ تر بوده و بواسطة بازتاب دوم با رنگهای معکوس (بنفش در بیرون و قرمز در درون) در زاویة ۵۱ تشکیل می شود. اسحاق نیوتن یک معادله ریاضی بر حسب اندازه زاویة رنگین کمانها بعد از بازتاب N اُمِ داخل قطره بدست آورد. او معتقد بود که در بازتاب سوم نور کافی وجود ندارد که در واقع شخص آنرا ببیند، از اینرو هرگز مسیله را برای ۳=N حل نکرد. ادموند هالی، بعد از نامگذاری ستارة دنباله دار هالی، محاسبات را بر دوش گرفت و کشف کرد که سومین رنگین کمان در زاویة ۴۰ درجه و ۲۰ ثانیه تشکیل می شود، و شگفت زده شد. این رنگین کمان نبایستی در مقابل خورشید تشکیل شود بلکه دور تا دور خورشید تشکیل می شود! دو هزار سال بود که بشر به اشتباه در طرف دیگر آسمان در جستجوی این کمان بود.

امروزه اغلب مکالمات تلفنی، مخابره ی فکس ها و تقریباً تمام نقل و انتقالات اینترنتی و پست الکترونیکی (email) بین شهرها و قاره ها بوسیله ی فیبرهای نوری انجام می شود. هادی ( رسانا ) در فیبر نوری، نور است در صورتی که در سیم برق، جریان الکتریسیته کار هدایت را انجام می دهد. در یک سیم برق، الکترونها بوسیله ی اعمال میدان الکتریکی از یک انتهای سیم به طرف دیگر آن می روند. در فیبر نوری، این فوتونهای نور هستند که چون در کابل محبوس شده و راه گریزی ندارند به ناچار تنها انتخابی که پیش روی خود می بینند حرکت از یک طرف فیبر به سمت دیگر آن است! البته محبوس شدن سیگنالهای نوری در هسته ی کابل فیبر نوری به علت پدیده ای است که ما آنرا « بازتاب کلی » نامیده ایم.

اگر شما در استخر شنا به طور کامل تا سر زیر آب فرو رفته و از آنجا به سطح آب نگاه کرده باشید شاید متوجه این مساله شده باشید که سطح جدایی هوا - آب به یک آینه تبدیل شده و شما نمی توانید آن طرف را ببینید. این مثالی از « بازتاب کلی » است. به طور اساسی هر وقت یک سطح اشتراک از دو ماده با ضریب شکست یا چگالی متفاوت داشته باشید، پرتو نوری که بخواهد از ماده ی چگالتر تحت زاویه ای بزرگتر از زاویه ی حد وارد محیطِ ( ماده ی ) با غلظت کمتر شود به طور کامل از این سطح اشتراک بازتاب می کند.

اساس تمامی فیبرهای نوری را سیمهای استوانه ایی از جنس شیشه تشکیل می دهند. این فیبرها شامل هسته و روکش هستند؛ بطوریکه چگالی نوری هسته بیشتر از چگالی نوری روکش است. روکش، هسته را مانند ژاکتِ استوانه ای شکلی کاملاً احاطه می کند، سیگنال نوری به هسته وارد و طبق خاصیت « بازتاب کلی » از سطح جدایی هسته – روکش بازتابیده می شود. این تقریباً مثل این است که یک آینه ی استوانه ای باریکی داشته باشید که نور را بازتاب می کند. بازتابهای کلی تأثیر بسزایی در اینکه سیگنال نوری شدت اولیه اش را از دست ندهد دارند؛ در صورتیکه بازتاب از یک آینه ی نقره اندود معمولی اینگونه نیست. به مدد خاصیت « بازتاب کلی » سینگنالها می توانند فاصله ای بیشتر از ۲۵۰ مایل ( ۴۰۰ کیلومتر ) را بدون نیاز به تقویت طی کنند.

برای توضیح درباره آنچه هنگام شکستن دیوار صوتی روی می دهد ، ابتدا باید به صوت به چشم موجی با سرعت انتشار محدود نگاه کرد.همه شما با اثرات ناشی از محدود و نسبتا کم بودن سرعت صوت آشنایی دارید؛ بازتاب صدا در کوه ، تاخیر زمانی در شنیدن صدای بلندگوهایی که یک چیز را پخش می کنند و شنیدن صدای رعد پس از دیدن برق . در سطح دریا و دمای ۲۲درجه ، امواج صوتی با سرعت ۳۴۵متر بر ثانیه یا ۱۲۴۰کیلومتر در ساعت منتشر می شوند. هر چه دما و فشار کاهش یابد، سرعت صوت کم می شود، به طوری که برای هواپیمایی در ارتفاع ۳۵هزار پایی - جایی که دما ۵۴- درجه است سرعت صوت به ۲۹۵متر در ثانیه یا ۱۰۶۰کیلومتر در ساعت می رسد. حالا یک منبع صوتی را تصور کنید که یک پالس در ثانیه در فضا پخش می کند. این پالسها را می توان به صورت پوسته های کروی از هوای پرفشار که با سرعت صوت بزرگ می شوند و صوت را منتشر می کنند تصور کرد (درست مانند دایره های ایجاد شده در سطح آب پس از پرتاب یک سنگ) به این کره ها جبهه های موج می گوییم . اگر چشمه ساکن باشد ، این کره ها، مانند دایره های آب هم مرکز خواهند بود ؛ اما اگر منبع شروع به حرکت کند، این کره ها را در جهت حرکتش جابه جا خواهد کرد. به طوری که فاصله کره ها از هم در یک طرف (در جهت حرکت) کمتر و در طرف مقابل بیشتر خواهد شد. (با رسم شکل این مطلب را خواهید دید). مقدار این جابه جایی بستگی به سرعت منبع نسبت به سرعت انتشار صوت دارد. هر چه سرعت منبع بیشتر باشد، به جبهه های موجی که در هر لحظه تولید می کند، نزدیکتر شده و بنابراین فاصله جبهه ها در مقابل منبع کمتر و کمتر می شود، تا این که در سرعت صوت ، منبع به موج صوتی خود می رسد و با آن حرکت می کند. به طوری که جبهه های کروی امواج تولید شده همگی مقابل منبع انباشته می شوند. (مثل حلقه های تودرتو با شعاعهای مختلف که در یک نقطه بر هم مماسند). از نظر فیزیکی جبهه های موج نشاندهنده تغییرات فشار هوا هستند و همین تغییرات فشار است که گوش ما آن را به صورت صدا می شنود.

حالا تصور کنید همه این جبهه های موج پرفشار جلوی یک هواپیما که با سرعتی در آستانه سرعت صوت حرکت می کند جمع شود. در این صورت جبهه ها همدیگر را تقویت می کنند و یک موج فشار با دامنه بسیار زیاد تشکیل می دهند. این موج ، نیروی مقاومت هوا را زیاد می کند و باعث کاهش نیروی بالابر و دشواری کنترل هواپیما می شود. وقتی سرعت هواپیما با افزایش توان از سرعت صوت پیشی می گیرد، از این سد و دیوار صوتی عبور می کند و به اصطلاح دیوار صوتی را می شکند. در این حالت موج ، دامنه تشکیل شده که به آن shock wave گفته می شود در هوا منتشر می شود و به زمین می رسد. شدت موج رسیده به زمین به ارتفاع هواپیما و اندازه آن بستگی دارد. اگر هواپیما به قدر کافی به زمین نزدیک باشد موج فشار می تواند آنقدر قوی باشد که باعث شکستن شیشه ها، تخریب ساختمان های سست و یا کاهش شنوایی افراد شود. شکستن دیوار صوتی یا گذشتن از سرعت صوت ، اولین بار در ۱۴اکتبر ۱۹۴۷ و به وسیله چاک بیگر، خلبان نیروی هوایی امریکا با هواپیمای -X۱ که به همین منظور ساخته شده بود اتفاق افتاد. امروزه بیشتر هواپیماهای جنگنده براحتی از سرعت صوت می گذرند، به طوری که سرعت بعضی مانند SR۷۱ به ۳۶۰۰کیلومتر در ساعت ۳برابر سرعت صوت می رسد. اما تصویر بالا به شما امکان می دهد که این پدیده صوتی را ببینید! این تصویر که به وسیله جان گی در جولای ۱۹۹۹ گرفته شده است ، یک فروند هواپیمای F۱۸ هورنت را در حال عبور از دیوار صوتی بر فراز اقیانوس آرام نشان می دهد. اشتباه نکنید. ابرسفید رنگ صدا نیست . در اطراف بالهای هواپیما بخصوص در شرایط پرواز صوتی ، مناطق کم فشار فراوانی ایجاد می شود. اگر هوا بخار آب زیاد داشته باشد، فشار هوای پایین ، آب موجود در هوا را متراکم می کند و باعث ایجاد ابری از بخار در اطراف آن می شود. وقتی هواپیما از دیوار صوتی عبور می کند، هوا به طور موضعی با shock wave آشفته و بخار ناپدید می شود. جان گی عکس را در لحظه ای که صدای غرش را شنید ، درست پیش از ناپدیدشدن ابر ، گرفته است.

فاصله بین دو قله متوالی(یا بین هر دو نقطه تکراری موجی،شکل یکسان دارند )را “طول موج “می نامند و آن را با لاندا نشان می‌دهند.چون شکل موج با سرعت ثابت c پیش میرود،فاصله یک طول موج را در یک دوره تناوب طی می‌کند.

فاصله بین دو نقطه یکسان موج می‌‌باشد که مشخص کننده رنگ موج است. با تعیین رنگ، انرژی و طول موج می‌‌توان یک موج را نسبت به دیگر موج ها سنجید. به عنوان مثال طول موج های کوتاه در طیف مریی در ناحیه بین آبی و فوق بنفش قرار می‌‌گیرد در حالیکه رنگ قرمز دارای طول موج های بلندتری می‌‌باشد. فاصله بین این قله های موج آن چنان کوچک است که واحد آن را نانومتر (ده به توان منفی نه) یا میکرون (ده به توان منفی شش) قرار داده اند. تشعشع الکترومغناطیسی طیف طولانی از طول موج های بلند رادیویی تا طول موج های کوتاه اشعه ایکس را شامل می‌‌شود.

علم الکتریسته به دوران باستان بر می‌‌گردد و تاریخ دقیق آن مشخص نیست. اما برخی تولد آن را به مشاهده معروف تالس ملطی (Thales of Miletus) در ۶۰۰ سال قبل از میلاد ارجاع می‌‌دهند. که در آن زمان تالس متوجه شد که یک تکه کهربای مالش داده شده خرده‌های کاه را می‌‌رباید، یا اینکه در یک تجربه عادی دیده ایم که وقتی یک شانه کائوچو سخت را با پارچه پشمی مالش دهیم شانه ریزه‌های کوچک کاغذ را جذب می‌‌کند. در اثر مالش این دو جسم به یکدیگر هم کائوچو و هم پشم خاصیت جدیدی پیدا می‌‌کنند. یعنی باردار می‌‌شوند از این آزمایش برای معرفی مفهوم بار الکتریکی استفاده می‌‌شود.
منشا الکتریسته
طبق نظریه الکترونی اتم، یک اتم از ذرات کوچک‌تری به نام‌های الکترون، پروتون و نوترون تشکیل شده است. که الکترون‌ها دارای بار منفی و پروتون‌ها دارای بار مثبت و نوترون‌ها بدون بار هستند. تعداد الکترون‌ها و پروتون‌های یک اتم در حالت عادی برابر است. بنابراین، اتم در حالت عادی از نظر بار الکتریکی خنثی است.

در اثر تماس، نزدیکی و یا برخورد اجسام بر همدیگر میان اجسام اندازه حرکت خطی مبادله می‌‌شود. در اثر تغییر اندازه حرکت نیروهایی ایجاد می‌‌شود. چگونگی شکل گیری این نیرو‌ها به ساختار اتمی تشکیل دهنده اجسام برمی گردد. به عبارتی این نیروها منشا الکتریکی و مغناطیسی دارند. در اثر مالش اجسام برهمدیگر، جسمی که در اتم‌های تشکیل دهنده خود اتمی از نوع دهنده الکترون داشته باشد، الکترون خود را به جسم دیگر که خاصیت الکترونگاتیوی کمتری دارد می‌‌دهد و مبادله الکترون بین اتم‌ها و در نهایت اجسام منجر به تولید الکتریسته می‌‌شود.
 تقسیمات الکتریسته
الکتریسته ساکن)الکتریسته مالشی(

اگر یک میله شیشه‌ای را به پارچه پشمی مالش دهیم، هردو جسم دارای بار می‌‌شوند. زیرا شیشه تعدادی الکترون از دست می‌‌دهد. و پارچه الکترون می‌‌گیرد. پس شیشه دارای بار مثبت و پارچه به همان مقدار دارای بار منفی می‌‌گردد. بار ایجاد شده در شیشه و پارچه درمحل تماس باقی می‌‌ماند.

الکتریسته القایی
اگر میله با بار منفی را به دو کره فلزی بدون باری که باهم در تماس بوده و توسط پایه‌های عایقی از زمین جداشده باشند، نزدیک کنیم. قبل از دور کردن میله، بدون دست زدن به پوسته کرات آنها را از هم جدا کنیم. کره نزدیک به میله دارای بار مثبت و کره دور از آن دارای منفی خواهد بود که مقدار بار روی کرات برابرند. این نوع باردارشدن را باردار شدن به روش القا یا مجاورت می‌‌نامند.

الکتریسته جاری
عبور پیوسته الکترون از یک رسانا (هادی) را الکتریسته جاری گویند. خلاف جهت حرکت الکترون را جهت قراردادی جریان الکتریکی انتخاب می‌‌کنند. عامل برقراری جریان ثابت، اختلاف پتاسیل ثابتی می‌‌باشد، که در دو سر هادی برقرار است و وسایل تولید این اختلاف پتاسیل ثابت پیل‌های شیمیایی، ژنراتورها و دیناموها می‌‌باشند.
 اجسام رسانا و نارسانا
بعضی از اجسام مانند فلزات که الکتریسته را به خوبی از خود عبور می‌‌دهند، رسانا نامیده می‌‌شوند. در این نوع اجسام الکترون آزاد اتم به راحتی در شبکه بلوری اجسام حرکت می‌‌کنند. و عمل رسانایی را انجام می‌‌دهند.

اجسامی که الکترونهای آزاد (برای هدایت الکترون) ندارند، و نمی‌توانند الکتریسته را از خود عبور دهند، نارسانا یا عایق نامیده می‌‌شوند. باید توجه نمود که رسانایی یا نارسانایی یک کمیتِ نسبی است.
 توزیع بار الکتریکی در اجسام رسانا
اگر جسم رسانایی بر روی پایه عایقی قرارگیرد و در اثر مالش باردار شود بار تولیدشده در آن در سطح خارجی‌اش پخش می‌‌شود، به طوری که در لبه‌ها و قسمت‌های نوک‌تیز چگالی سطحی بار بیشتر ازسایر قسمت‌ها می‌‌باشد.(چرا؟)
 بار الکتریکی
میزان باری که ذره بنیادی الکترون دارد را مبنا قرارمی گیرد و چون مبادله بار از طریق الکترون صورت می‌‌گیرد شمارش تعداد الکترون‌های مبادله شده بار الکتریکی جسم را به ما می‌‌دهد. به عبارتی اگر جسمی n تا الکترون دریافت نماید، بار الکتریکی آن از نوع منفی بوده (چون الکترون گرفته) و مقدارش n برابر بار الکترون خواهد بود.

اگر بار الکتریکی را با علامت q و بار الکترون را با e نمایش دهیم، مقدار بارالکتریکی هر جسم از رابطه q = ne تبعیت می‌‌نماید. واحد بار الکتریکی به افتخار کولن (که نخستین بار رابطه‌ای برای نیروی بین بارهای الکتریکی کشف کرد) کولن نام دارد. بار الکتریکی یک الکترون در دستگاه SI برحسب کولن برابر است با: e = − ۱.۶ * ۱۰ − ۱۹. در نظر داشته باشید که n یک عدد صحیح بزرگ‌تر از یا برابر با صفر است.

==اثر بارهای الکتریکی بر همدیگر==vvccvv

بر طبق قانون کولن دو بار الکتریکی همنام همدیگر را دفع و دو بار الکتریکی غیر همنام همدیگر را جذب می‌‌کنند. مقدار نیروی کشش یا رانش بین بارها بر طبق قانون کولن با حاصلضرب اندازهٔ بارها نسبت مستقیم و با مجذور فاصلهٔ بین بارها نسبت عکس دارد. اگر بارها در یک محیط مادی (محیط دی الکتریک) قرار داشته باشند (و نه در خلاء) اجزای محیط نیز قطبیده می‌شوند و روی مقدار نیروی بین دو بار تأثیر می‌گذارند، و باید اثر این نیروها را نیز بر نیروی حاصل در نظر گرفت. در محیط‌های دی الکتریک خطی، اثر محیط به شکل یک ضریب ثابت روی نیروی بین دو بار تأثیر می‌گذارد (یعنی در محیط‌های خطی، نیروی بین دو بار در محیط دی الکتریک، ضریبی از نیروی بین آن دو بار در خلاء است). در این صورت می‌گویند که یک محیط خطی گذردهی الکتریکی متفاوتی از خلاء دارد، و این گذردهی به شکل یک ضریب در قانون کولن ظاهر می‌شود.
 میدان الکتریکی
میدان الکتریکی در هر نقطه، نیروی الکتریکی وارد بر یک بار آزمون در واحد بار است (البته به این شرط که آن بار به حد کافی کوچک باشد تا آرایش بار محیط را تغییر ندهد). میدان الکتریکی یک کمیت برداری است و در معادلات الکترومغناطیس (معادلات ماکسول) ظاهر می‌شود.

E = kq / r۲

 اختلاف پتانسیل الکتریکی
اختلاف پتانسیل الکتریکی برابر است با منفی کاری که میدان الکتریکی روی واحد بار بین دو نقطه انجام می‌دهد. (اگر در رفتن از نقطهٔ ۱ به نقطهٔ ۲ کار انجام‌شده مثبت باشد، مقدار پتانسیل الکتریکیِ نقطهٔ ۱ بیشتر از ۲ است.) اختلاف پتانسیل الکتریکی به مسیری که برای رفتن از نقطهٔ اول به نقطهٔ دوم طی شده، بستگی ندارد (زیرا میدان الکتریکی یک میدان پایستار است). می‌توان یک نقطه را در فضا به عنوان مبداء پتانسیل انتخاب کرد (یعنی به آن پتانسیل صفر را نسبت داد) و پتانسیل نقطه‌های دیگر را نسبت به آن اندازه گرفت.
 کار در الکتریسیته
میزان انرژی مصرف شده برای جابجا کرد یک بار در یک میدان از یک مکان به مکان دیگر.
 توان الکتریکی در الکتریسیته
کار انجام شده در واحد زمان.