الفصل الأول: التداخل في الضوء

الفصل الأول: التداخل

• الضوء يُعَدُّ موجيًّا أحيانًا، حيث يُظهِر حيودًا وتداخلًا.
• أنواع الضوء:
  • ضوء غير مترابط: مقدمات موجيّة غير متزامنة، مثل الضوء الأبيض من مصدر قريب. لا يُظهِر تقطّعًا أو عدم ترابط بفعل الترددات الضوئيّة العالية.
  • ضوء مترابط: ينتج عن تراكب ضوء من مصدرين أو أكثر، مشكّلًا مقدمات موجية منتظمة. يتم توليده من مصادر نقطية واحدة أو أكثر (مثل الليزر).
• أثبت توماس يونج، الفيزيائي الإنجليزي، الخصائص الموجية للضوء من خلال تجربة الشق المزدوج. أسفرت عن نمطٍ من الحزم المُضيئة والمعتمة، يُعرَف الآن بـ"أهداب التداخل".
• تفسير يونج لتكون هذه الحزم يعود إلى التداخل البناء والهدام للموجات الضوئية المُصدرة من الشقين.
• ملاحظات على تجربة يونج:
  • استُخدِم ضوءٌ أحادي اللون (طول موجي واحد).
  • تَنَاقَصَت شدة الحزم المضيئة كلما ابتعدنا عن الهدب المركزي.
  • تعتمد مواقع الحزم على طول الموجة الضوئية الساقطة.
  • استخدام ضوء أبيض يُنتج أطيافًا ملونة.
• أنواع أهداب التداخل:
  • أهداب مضيئة: تداخل بناء، طور متطابق (رقم صحيح).
  • أهداب معتمة: تداخل هدام، طور مختلف (أعداد فردية مقسومة على 2).
• تداخل الشق المزدوج: يُضعِف يونج حاجزًا ضوئيًا ذو شقين ضيقين أمام مصدر ضوئي، ليمر الضوء المُتَرابط فقط.

قياس الطول الموجي للضوء من خلال تجربة يونج

• الصيغة لحساب الطول الموجي: λ = xd/L
  • λ: الطول الموجي
  • x: المسافة بين الهدب المركزي والمضي الأول
  • d: المسافة بين الشقين
  • L: المسافة بين الشقين والشاشة

التداخل في الأغشية الرقيقة

• تفسير الألوان المُشاهدة في فقاعات الصابون أو الزيوت العائمة على الماء يعود إلى التداخل البناء والهدام للموجات الضوئية المُنعكسة من الغشاء الرقيق.
• تطبيقات:
  • الألوان على الفقاعات.
  • فراشة الموفو.
  • الألوان على الزيوت العائمة.
• شروط التداخل البناء:
  • نفس الطور (النسبة للطول الموجي المُحدد).
  • سمك الغشاء مُساوي لعددٍ فردي من رُبُع الطول الموجي.

الحيود

• يُعرَّف الحيود بإنحناء مقدمات الموجات الضوئية حَوْل حواف فتحات في الحاجز أثناء مرورها عبرها.
• يُفسَّر بالاعتماد على مبدأ هيجنز، الذي يبيِّن كيفية تَصَرُّف النقاط جميعها على مقدمات الموجات كمصدر ضوئي نقطي.
• أنواع الحيود: حيود أحادي أو دائري.
• حيود الشق الأحادي: نمط هدب مركزيّ عريض ومُضيء مع أهداب أقل سمكًا واضاءة على جانبيه .تشكل سلسلة من الأهداب المُضيئة والمعتمة على الشاشة.
• قانون الحيود: A = Lλ/d -A: عرض الشق -L: البعد من الشق للشاشة
  • d: الطول الموجي
• العوامل المؤثرة على الحيود: عرض الشق، الطول الموجي.
• محزوز الحيود: أداةٌ تتكون من عدة شقوق مفردة تُسبّب حيود الضوء.
  • استخدامات: قياسات دقيقة للطول الموجي.
• أنواع محزوزات الحيود: محزوز طبق الأصل، محزوز غشائي، محزوز انعكاس (مثالها: قرص مدمج CD أو DVD).

قياس الطول الموجي باستخدام محزوز الحيود

• الصيغة لحساب الطول الموجي: λ = d sin θ
  • λ: الطول الموجي
  • d: المسافة بين الشقوق
  • θ: زاوية الهدب.
• مطياف: جهازٌ يُستَخدَم لقياس الأطوال الموجية للضوء باستخدام محزوز الحيود.

معيار ريليه

• معيارٌ يُحدد القدرة على التمييز بين مصادر الضوء أو الأجسام المتقاربة.
• المعادلة: 1.22(λL) / D = X
  • L: المسافة
  • D: قطر العدسة
• تُحدّد القدرة على التمييز بين الجسمين من قريب أو بعيد. كلما كبر قطر المرآة زادت قدرة التمييز للمنظار الفلكي.

التداخل مقابل الحيود

• التداخل: ينتج من مصدرين ضوئيين فقط (مثل تجربة يونج).
• الحيود: ينتج من أكثر من مصدر (مثل موجات هيجنز).
• كلاهما ناتج من تراكب الموجات المُتَرابطة، ويتميز بتداخل بناء أو هدام.