من العوامل المؤثرة على حيود الموجات
تؤثر عوامل مثل طول الموجة وحجم الشق أو الفتحة على انحراف الموجات الطولية
الطول الموجي : تترابط سرعة حركة الموجة بطولها، إذ يمكن وصف الطول الموجي للموجة بأنه المسافة بين جزئين متتابعين من الموجة المتحركة.
مع انخفاض الطول الموجي للموجة، تزداد سرعة الموجة، وتنتقل الموجات الضوئية والصوتية بسرعات متفاوتة، مما يعني أن هذه الموجات تظهر أيضا أطوال موجية متفاوتة، على سبيل المثال، يمكن لمغني الأوبرا تغيير صوتهم لإصدار نغمات عالية ومنخفضة في اللحن، حيث تتكون النغمة العالية من موجات سريعة الحركة ذات طول موجي قصير جدا، بينما تتكون النغمة المنخفضة من موجات تتحرك ببطء بطول موجي أطول.
حجم الشق أو الفتحة : تتم نقل الطاقة الضوئية والطاقة الصوتية على شكل موجات. تتفاعل الموجات الضوئية والصوتية مع بيئتها. لحدوث حيود الموجات الموجهة، يجب أن يكون حجم الفجوة أو العائق الذي تتفاعل مع الموجة مقاربا أو أصغر من طول الموجة المتغيرة. إذا كانت الفجوة أو العائق أكبر من طول الموجة المتغيرة، فلن يحدث انحناء للموجة حول الكائن، بل ستمر الموجة بسلاسة عبر الكائن دون تداخل، مما يجعل حيود الموجة ضئيلة إن وجدت. يمكن ملاحظة هذه الظاهرة بشكل ملموس عند انحناء المياه حول فجوات الصخور على الساحل. عندما تواجه موجات الماء فجوات في الحواجز المادية مثل خطوط الصخور، فإن الموجات ستنحني حول الصخور لتمر عبر فجوة صخرية أصغر من طول الموجة للماء. وإذا كانت الفجوة أكبر من طول الموجة، فلن يحدث أي انحناء، وستستمر الموجات المتساقطة في التحرك في اتجاهها الأصلي.
تفسير الحيود
تعني “الحيود” انحناء أو انتشار الضوء أو الموجات الصوتية حول جسم ما. عندما تلتقي الموجة الضوئية أو الموجة الصوتية بجسم مثل جدار أو فتحة مثل الباب، فإن الطاقة تنحني حول الكائن أو الفتحة وبالتالي يتغير الاتجاه. يمكن لأي شخص في الغرفة سماع شخص آخر في الردهة المجاورة لأن الموجات الصوتية يمكنها الانحناء حول الأبواب والجدران والحواجز الأخرى للوصول إلى الغرفة. وبالمثل، يمكن لموجات الضوء أن تتألق في الغرفة من خلال ثقب المفتاح وتنحني بزوايا مختلفة لتوفير الإضاءة في منطقة أوسع داخل الغرفة.
خصائص الحيود
- تحدث حيود الضوء عندما يكون حجم العائق مشابهًا لطول موجة الضوء.
- تكون موجات الضوء صغيرة جدًا في طول الموجة، بين 4 × 10 -7 متر إلى 7 × 10 -7 متر.
- فقط عندما يكون حجم الفتحة أو العائق قريبًا من هذا الحد يمكن ملاحظة ظاهرة الانعراج.
- تحدث الحيود نتيجة لتداخل الموجات الثانوية التي تنبعث من أجزاء مختلفة من واجهة الموجة .
- في نمط الحيود، لا تتساوى أطراف العرض أبدًا، وتنخفض المسافات بين النطاق الساطع والداكن تدريجيًا.
- يمكن للضوء المشتت أن ينتج هوامش من الأشرطة الفاتحة أو الداكنة أو الملونة، وذلك عندما تمر الموجة الضوئية عبر زاوية أو فتحة أو شق، ويكون حجم الضوء الناتج تقريبًا مساويًا أو أصغر من الطول الموجي للضوء.
أمثلة من الحياة الواقعية على حيود الموجات
- دخول الضوء في غرفة مظلمة
- الأشعة الشفقية
- حيود الأشعة السينية
- مرور الماء من فجوة صغيرة
- الهالة القمرية
- الصوت
- وجود حلقة من الضوء حول المصدر
- انتشار الإشارة
دخول الضوء في غرفة مظلمة: عندما توجد غرفة غرفة ليس بها مصدر إضاءة مع وجود باب يمنع دخول الضوء إلى الغرفة ، وعندما يفتح شخص ما الباب جزئيًا ، يمكن ملاحظة أن الضوء يتدفق إلى الداخل مع انحناء عبر الحواف وحول زوايا الباب ، يعمل الباب كعقبة في مسار الضوء وبالتالي ينحني الضوء ، يُعرف هذا الانحناء باسم الحيود.
الأشعة الشفقية: تظهر الأشعة الشفقية عندما تحاول أشعة الضوء القادمة من الشمس الوصول إلى الأرض، ولكن السحب تحجبها، فيُنحرف موجات الضوء ويتغير اتجاهها، وإن انحراف الضوء هذا بسبب وجود عائق في مساره الطبيعي ليس إلا حدثًا طبيعيًا للموجات.
حيود الأشعة السينية: في تقنية الأشعة السينية، يتم حفظ العينة داخل جهاز وتضاء بالأشعة السينية، حيث يتحرك أنبوب الأشعة السينية والكاشف بحركة متزامنة. بعد ذلك، يتم تسجيل الإشارة المرصودة ودراستها. تستخدم هذه الظاهرة على نطاق واسع في تحديد المسافة بين ذرتين متتاليتين في عنصر ما. تعد تقنية الأشعة السينية عملية مهمة جدا في مجالات الأرصاد الجوية والصيدلة والكيمياء وغيرها من الصناعات ذات الصلة. عندما يواجه الباحثون بعض العناصر غير المحددة، فإنهم يحتاجون إلى الحصول على تفاصيل حول هيكلها، بدءا من المحاذاة والمسافة والخصائص الأخرى لذراتها.
مرور الماء من فجوة صغيرة: : “عندما تصطدم مياه النهر المتدفقة بفتحة صغيرة، فإنها تنحني وتتجه إلى كسر تدفقها الطبيعي، وتتحركالموجات المائية في منحنيات في الجانب الآخر من الفتحة، وهذا الانحناء هو أحد أشهر أمثلة حيود الموجات.
الهالة القمرية: تتشكل الهالة حول الشمس أو القمر عندما ينحرف ضوءهما عن طريق أبخرة الماء الصغيرة أو بلورات الجليد، وتُعرف الهالة حول القمر باسم الهالة القمرية، بينما تُعرف الهالة حول الشمس باسم الهالة الشمسية.
الصوت: إذا نادى شخصٌ بصوتٍ عالٍ، فإنه يمكن سماعه، وإذا اختبأوا وراء شجرة طويلة ونادوا بنفس الشدة، فإنه يمكن سماعهم، وذلك لأنه لا يتم حجب الصوت حتى في حالة وجود شجرة ضخمة في طريقه، حيث ينتقل الصوت إلى الأذن بواسطة تفاعلات الانعكاس.
وجود حلقة من الضوء حول المصدر: عند النظر إلى أي مصدر للضوء، قد يلاحظ الشخص أن الضوء لا ينتقل مباشرة في الاتجاه الأمامي، وينحرف جزء صغير من الطاقة الضوئية حول المصدر. وتحدث حيود الضوء هذه بسبب وجود الغبار والجزيئات الغازية في المكان القريب من المصدر.
انتشار الإشارة: تستخدم عملية الانعكاس بشكل كبير في انتشار الإشارات الراديوية لمسافات طويلة، نظرا لانحناء سطح الأرض والعقبات الضخمة الموجودة عليها، فإن انتشار الإشارات مباشرة عبر مسافات طويلة غير ممكن، وهذا هو السبب في استخدام الانعكاس المتعدد المستويات للوصول إلى وجهتها، حيث تستمر الإشارة في التصادم مع العوائق أثناء تكبيرها في نفس الوقت باستخدام المكبرات مرارا وتكرارا حتى تصل إلى الوجهة، وتلعب الانعكاس دورا في المكالمات الهاتفية اليومية.