التداخل والحيود

التداخل والحيود هما ظواهر مميزة لجميع الموجات ، من موجات الماء إلى الموجات الكهرومغناطيسية مثل الضوء.

يشير التداخل إلى الظاهرة التي تتداخل فيها موجتان من نفس النوع لإنتاج موجة ناتجة أكبر أو أقل أو نفس السعة.

يعرف الحيود بأنه انحناء موجة حول زوايا عقبة أو فتحة. في هذه الحالة ، يمكن أن تتداخل الأجزاء التفاضلية من الموجة وتؤدي إلى تناوب مكاني للسعة الكبيرة والصغيرة.

سيوضح هذا الفيديو الطبيعة الموجية للضوء من خلال مراقبة أنماط الحيود والتداخل.

الموجة هي تذبذب في سعة بعض الكمية الفيزيائية في المكان و / أو الزمان. التداخل هو أحد أكثر الظواهر المميزة المرتبطة بالموجات.

يمكن أن تتداخل أجزاء مختلفة من الموجات و "تتداخل" لإنتاج تناوب مكاني لسعة الموجات القوية والضعيفة ، والتي تسمى نمط التداخل. عندما تتراكم اتساع الموجات المتداخلة ، يطلق عليه التداخل البناء. بينما عندما تطرح سعاتها من بعضها البعض ، يطلق عليه التداخل المدمر.

الآن ، إذا كان ضوء الطول الموجي لامدا يضيء على شق ضيق واحد ، فإن الشدة البعيدة عن الشق تتناوب بين القيم الكبيرة والصغيرة أو شبه الصفر ، المقابلة للمناطق "الساطعة" و "المظلمة" ، والمعروفة أيضا باسم "الهامش". يكون مركز هذا النمط ساطعا دائما ، على طول المحور y للشق.

يعرف هذا التناوب باسم "نمط حيود" الضوء من خلال فتحة صغيرة. إنها ظاهرة مميزة للأمواج. على وجه التحديد ، النقاط بين حافتي الفتحة؟ إعادة الانبعاثات" ، أو بعبارة أخرى "حيويد" موجة الضوء نحو اتجاهات مختلفة.

يؤدي التداخل بين أجزاء مختلفة من موجات الضوء المنعرجة إلى تكوين نمط الانعراج.

في حالة وجود شقين متقاربين، فإن النمط المتكون، المعروف باسم "نمط التداخل المزدوج الشق في يونغ"، يرجع إلى تداخل الضوء المنحرف من كلا الشقين. يوضح البروتوكول التالي كيفية إعداد تجارب الشق الفردي والشق المزدوج وتفسير نتائجها.

اجمع المواد والأدوات اللازمة للتجربة بما في ذلك مؤشر ليزر الهيليوم النيون بطول موجي ~ 633 نانومتر ، وعدد قليل من شفرات الحلاقة الرفيعة ، ورقائق الألومنيوم ، والكرتون ، والمسطرة ، والمقص ، وكتلة من الخشب ، ونظارات السلامة بالليزر.

باستخدام مقص ، قم بتقطيع رقائق الألومنيوم إلى قطعتين مربعتين بحجم 2 بوصة × 2 بوصة مربعة. أيضا ، قم بتقطيع الورق المقوى إلى قطعتين مربعتين بحجم 3 بوصات × 3 بوصات مع ثقب يبلغ قطره حوالي 1 بوصة في المنتصف.

بعد ذلك ، خذ قطعة واحدة من رقائق الألومنيوم ، وباستخدام شفرة حلاقة ، قم بقطع شق مستقيم يبلغ طوله حوالي 1 سم في منتصف الرقاقة. قم بلصق ورق القصدير على ورق مقوى واحد مع وضع الشق داخل الفتحة.

الآن ، قم بلصق إحدى حواف الورق المقوى على الكتلة الخشبية وحرك الجدار الأبيض على بعد حوالي 30 سم من الشق. تأكد من أن الورق المقوى عمودي على سطح الطاولة ، وأن الفتحة والشق الرأسي مكشوفان ويواجهان الحائط.

ضع مؤشر الليزر على الجانب الآخر من الورق المقوى المركب ، مع التأكد من أن شعاع الليزر سيكون موازيا للطاولة. الآن ارتد نظارات الأمان بالليزر ، وقم بتشغيل مؤشر الليزر ، وقم بتسليط شعاع الليزر على الشق.

أطفئ ضوء الغرفة ، ولاحظ نمط الضوء على الحائط على الجانب الآخر من الرقاقة. قم بإيقاف تشغيل مؤشر الليزر وإزالة نظارات السلامة بالليزر.

بعد ذلك ، قم بتكديس ثلاث شفرات حلاقة بحيث تكون الشفرة الوسطى غائرة. خذ رقائق الألومنيوم الأخرى واستخدم كومة شفرات الحلاقة والمسطرة ، قم بقطع شقين متوازيين مستقيمين متقاربين ، يبلغ طولهما حوالي 1 سم في منتصف الرقاقة. الآن قم بلصق الرقاقة على الورق المقوى الآخر ثم قم بلصقها على الكتلة الخشبية كما كان من قبل.

ارتد نظارة أمان الليزر ، وقم بتشغيل مؤشر الليزر ، وقم بإضاءة شعاع الليزر على الشق المزدوج. أطفئ ضوء الغرفة ، ولاحظ نمط الضوء على الحائط على الجانب الآخر من الرقاقة. أخيرا ، قم بإيقاف تشغيل مؤشر الليزر.

مع اكتمال البروتوكول ، دعونا الآن نراجع نتائج كل من تجارب الشق الواحد والشق المزدوج. في تجربة الشق الفردي ، يظهر نمط الضوء الذي لوحظ على الحائط هامش الحيود المميزة. يبلغ عرض الهامش المركزي الساطع ضعف عرض الحافة الساطعة تقريبا ، في الاتجاه y ، مثل الأطراف الساطعة الأخرى التي تكون حول نفس العرض.

بالإضافة إلى ذلك ، تتحلل شدة الأطراف الساطعة بعيدا عن المركز إلى الأطراف الطرفية على طول المحور y. هذا متوقع لنمط حيود الشق الفردي ، حيث تنحني أشعة الضوء المتوازية من الليزر عند الشق وتتداخل بشكل بناء ، وتشكل الأطراف الساطعة وتشكل بشكل مدمر العصابات المظلمة بينهما.

في تجربة الشق المزدوج ، يظهر نمط الضوء الذي لوحظ على الحائط هامش التداخل المميزة.

وتكون هوامش التداخل هذه أضيق بكثير من المناطق الساطعة لمخطط حيود. وذلك لأن الفصل بين الشقوق "d" أكبر بكثير من عرض الشق "a" ، وهو مقلوب الفصل بين الشقوق الذي يتحكم في عرض أطراف التداخل. ومع ذلك ، فإن تبادل عرض الشق "a" هو الذي يتحكم في عرض هامش الحيود.

لعب حيود الضوء وتداخله دورا أساسيا في إثبات أن الضوء هو موجة كهرومغناطيسية. وبالتالي ، فإن هذه التأثيرات مهمة في العديد من التقنيات القائمة على البصريات والضوئيات.

التحليل الطيفي للحيود بالليزر ، هو تقنية تستخدم أنماط حيود شعاع الليزر الذي يمر عبر أي جسم - يتراوح حجمه من نانومتر إلى ملليمترات - لقياس الأبعاد الهندسية للجسيم بسرعة.

يتم استخدام جهاز استشعار للكشف عن زاوية ضوء الليزر ثم يتم استخدام جهاز كمبيوتر للكشف عن أحجام جسيمات الجسم من الطاقة الضوئية المنتجة وتخطيطها.

قياس التداخل هو تقنية تستخدم تراكب وتداخل الموجات للقياس الدقيق للمسافات والإزاحة الصغيرة وتغيرات معامل الانكسار والمخالفات السطحية.

هنا تتداخل موجتان من نفس التردد ، ولكن طول مسار مختلف ، مما يؤدي إلى نمط تداخل. يمكن بعد ذلك استخدام هذا النمط لإجراء قياس دقيق للمعلمة غير المعروفة. تستخدم نفس تقنية قياس التداخل في LIGO أو مرصد موجات الجاذبية بالليزر ، وهي كاشفات ضخمة مصممة للكشف عن موجات الجاذبية.

لقد شاهدت للتو مقدمة JoVE عن الحيود وتداخل الضوء. يجب أن تكون الآن قادرا على فهم النظرية الكامنة وراء تكوين أنماط ضوء الحيود والتداخل ، والتي تم إثباتها باستخدام تجارب الشق الواحد والشق المزدوج. شكرا للمشاهدة!