تعليمنظريات علمية
الفرق بين الحيود والتداخل
الفرق بين الحيود والتداخل
- في البحث عن التداخل والحيود، يتمثل الاختلاف الأساسي بين الحيود والتداخل في أن حيود الضوء تحدث بسبب تراكب الموجات الثانوية التي تولد من أجزاء مختلفة من واجهة الموجة، بينما يحدث التداخل نتيجة تراكب موجات الضوء من مصدرين متماسكين.
- الفرق المهم الآخر بين الاثنين هو أن شدة جميع الأطراف الساطعة ليست متماثلة في حالة الانعراج، بينما تبقى كذلك في حالة التداخل. وسيتم مناقشة بعض المعايير الأخرى التي تميز الاثنين في هذه الجلسة.
- يحدث الحيود نتيجة انتشار الضوء من جزء محدد من نفس واجهة الموجة، في حين يحدث التداخل نتيجة تفاعل الضوء القادم من جبهتين موجيتين منفصلتين.
- في حالة الحيود، يكون عرض الأطراف غير متساوٍ، بينما يكون عرض الهامش متساويًا في حالة التداخل.
- تمتلك الحيود تباينًا ضعيفًا بين القيمة القصوى والقيمة الدنيا، بينما يتضح التداخل بتباين جيد بين الحد الأقصى والحد الأدنى.
- لحدوث الانعكاس، يجب وجود شق أو عائق بالضرورة، ولكن لا يوجد مثل هذا المطلب لتداخل الموجة.
بسبب الانحراف، يتغير اتجاه انتشار الموجة، بينما في حالة التداخل، تنتقل الموجات المتداخلة في نفس الاتجاه.
في عملية الحيود، يكون التباعد بين الأطراف المختلفة غير منتظم، ومع ذلك، عند التداخل يظهر التباعد بين الأطراف بشكل متجانس. - – في حالة الانعكاس ، فإن نقاط الحد الأدنى من السطوع ليست مظلمة تمامًا، بينما في حالة التداخل، تبدو نقاط الحد الأدنى من السطوع غامضة.
خصائص الحيود الضوئي
- عندما تضرب موجات الضوء ذات اللون الواحد فتحة دائرية على الشاشة، تتغير اتجاهاتها وتتداخل مع بعضها البعض خلف الفتحة، مما ينتج عنه ظهور حلقات ساطعة ومظلمة على الشاشة، ويطلق على المنطقة المركزية الساطعة الناتجة قرص الهواء.
- تظاهرة انكسار الضوء تعني تغير اتجاه الموجات الضوئية عند مرورها عبر فتحة صغيرة، مما يؤدي إلى تداخل الموجات الضوئية وتكوين مناطق ساطعة ومظلمة.
- يمكن مقارنة الطول الموجي لموجة الضوء بأبعاد الفتحة والعكس صحيح، فكل من ظاهرة التداخل والانحراف هما ظواهر موجية تنبع من تراكب الموجات، ولا يوجد فرق كبير بينهما .
تعريف التداخل
- في الفيزياء، يعني التداخل التأثير الصافي لجمع اثنين أو أكثر من الأمواج الموجودة في مسارات متقاطعة أو متزامنة، ويؤدي هذا التأثير إلى زيادة اتساع الموجات الفردية في كل نقطة تتأثر بأكثر من موجة واحدة.
- تعرف فئة ثالثة من أجهزة تشتيت الطيف باستخدام مقاييس التداخل. تقسم هذه الأدوات الضوء باستخدام سطوح شبه شفافة. إذا كانت لدى مكونات معينة ترددا وطورا متطابقين (أي يهتزان بنفس المعدل ويكونان في نفس الوقت القصوى)، فإنه يتم تعزيز عرض الموجة، مما يؤدي إلى تداخل بناء؛ ومع ذلك، إذا كانت الموجتان تفتقران إلى نصف فترة بحيث تكون إحداهما في الحد الأدنى عندما تكون الأخرى في الحد الأقصى، فإن النتيجة ستكون تداخلا مدمرا يؤدي إلى إلغاء تام إذا كانت الموجتان متساويتين في التأثير.
- ينتج الخط الصلب في الأشكال A و B و C عن موجتين منقطتين بسعة قليلة مختلفة ولكنهما لهما نفس الطول الموجي، حيث تكون الموجتان متزامنتين في المرحلة في الشكل (أ) ولكنهما تخرجان من الطور بمقدار 1/4 فترة ونصف الفترة في الأشكال B و C.
- عندما يتم إلقاء حجرين في بركة من الماء ، تمتد الأمواج من كل اتجاه ، وتحدث التداخل حيث يتداخلان. ينتج التداخل تشابكا حيث تتزامن قمة أحدهما مع قمة الآخر. تنتج موجتان من موجات الضوء تداخلا مزدوجا من الشق ، وهو تأثير مرئي على الشاشة يظهر على شكل نمط من المناطق المظلمة والمناطق الفاتحة التي تتناوب بينها نتيجة للتداخل والتلاشي في النقاط التي تكون فيها الموجات في المرحلة وخارج المرحلة، وذلك بناء على التضاعف والإلغاء.
تعريف الحيود
- ظاهرة انحناء الضوء، المعروفة أيضا بتداخل الضوء، هي الانحناء الطفيف الذي يحدث للضوء عند مروره حول حافة جسم. يعتمد مدى الانحناء على النسبة بين طول الموجة الضوئية وحجم الفتحة. إذا كانت الفتحة أكبر بكثير من طول الموجة، فإن الانحناء سيكون غير ملحوظ تقريبا. ومع ذلك، إذا كانا متقاربين في الحجم أو متساويين، فإن الانحناء سيكون كبيرا ويمكن رؤيته بسهولة بالعين المجردة.
- في الغلاف الجوي، ينكسر الضوء فعليا حول جزيئات الغلاف الجوي، وغالبا ما تكون تلك الجزيئات قطرات ماء صغيرة موجودة في السحب. يمكن أن ينتج عن تشتيت الضوء ظهور أشرطة فاتحة أو داكنة أو ملونة. التأثير البصري الناتج عن انكسار الضوء هو الهالة الفضية التي تظهر أحيانا حول حواف السحب أو الهالة المحيطة بالشمس أو القمر. يوضح الرسم التوضيحي أعلاه كيف ينكسر الضوء (من الشمس أو القمر) حول قطرات صغيرة في السحاب.
- تنتج التأثيرات الضوئية الناتجة عن الانعراج من خلال تداخل موجات الضوء. لتصور هذا ، تخيل موجات الضوء على أنها موجات مائية. إذا وقعت موجات الماء على عوامة موجودة على سطح الماء ، فإن العوامة سترتد لأعلى ولأسفل استجابةً لموجات الحادث ، مما ينتج موجات خاصة بها. عندما تنتشر هذه الموجات إلى الخارج في جميع الاتجاهات من الطفو ، فإنها تتفاعل مع موجات المياه الأخرى. إذا اجتمعت قمم موجتين ، يتم إنتاج موجة مكبرة (تداخل بناء). ومع ذلك ، إذا اجتمعت قمة إحدى الموجات مع قاع موجة أخرى ، فإنهما يلغيان بعضهما البعض لعدم إنتاج إزاحة رأسية .
- عندما تصطدم الموجة بعائق ما، فإنها لا تتجاوزها مباشرة، بل تنحني حول هذا العائق. يحدث نفس النوع من التأثير عند الثقب – تنتشر الموجات على الجانب الآخر من الحفرة. يُعرف هذه الظاهرة بالانعكاس.
- يمكن إثبات الانعراج بسهولة باستخدام الموجات الصوتية أو الموجات الدقيقة. من السهل جدًا سماع صوت حتى لو كان هناك عائق في الخط المباشر بين المصدر وأذنيك. باستخدام جهاز الميكروويف 2.8 سم المملوك للعديد من المدارس ، يمكن ملاحظة تأثيرات الحيود الجيدة جدًا مع وجود عوائق يبلغ عرضها بضعة سنتيمترات.
- أحد أقوى الأدلة على كون الضوء شكلاً من أشكال حركة الموجة هو أنه يُظهر الحيود أيضًا. إن مشكلة الضوء ، والتي أدت إلى رفض نيوتن لنظرية الموجة ، هي أن الطول الموجي صغير جدًا وبالتالي يصعب ملاحظة تأثيرات الانعراج. ومع ذلك ، يمكنك ملاحظة انحراف الضوء إذا كنت تعرف أين تبحث فقط.
حيود فرينل
- تتضمن ظاهرة حيود فرينل الحد الأدنى من الأجهزة، ولكن الرياضيات تعقيدية، ولذلك سنتعامل مع الأمر تجريبيًا هنا.
- عند وضع شفرة حلاقة بين مصدر نقطي للضوء أحادي اللون والمراقب، يمكن رؤية حواف الظل المظلمة والمضيئة، ويمكن إنتاج نفس التأثيرات باستخدام رأس دبوس، عندما يظهر بقعة ضوء في مركز الظل.
- فرينل لم يكن راضيا عن تفسير نيوتن لانحراف الضوء بواسطة جسيمات المادة الصلبة، حيث وجد أن الانحراف لا يعتمد على كثافة العائق. فعلى سبيل المثال، شبكة العنكبوت تعطي نفس نمط الانحراف كشريط بلاتين بنفس السمكة. وكان اكتشاف بقعة مضيئة داخل مركز ظل كرة فولاذية صغيرة تلميحا نهائيا بأن الضوء هو في الواقع حركة موجية.
- ينتج عن الشق المزدوج في حيود فرينل نمطين من الأشكال المنفصلة المتراكبة على بعضها البعض، وهذا بالضبط ما حدث في تجربة يونج الشق، حيث لاحظ تأثيرات الانعراج وتداخل المجموعتين من الموجات.