الفيزياء فصل ثاني

ماذا تعلمت؟

طبيعة الضوء

افترض العلماء أن للضوء طبيعة مزدوجة؛ إذ  ترصد صفاته الجسيمية في ظواهر معينة، وصفاته الموجية في ظواهر أخرى وصف الضوء بأنه موجات كهرمغناطيسية،

افترض العالم أينشتاين أن الضوء موجات كهرمغناطيسية تتكون من فوتونات، وأن الطاقة التي تحملها الموجات الكهرمغناطيسية تتناسب طرديا مع تردد هذه الموجات.

تداخل موجات الضوء

يظهر نمط تداخل منتظم يمكن ملاحظته في موجات الضوء، لا بد من أن تكون موجات المصدرين الضوئيين متناغمة (متجانسة)،
والتناغم Coherence يتطلب تحقيق ما يأتي:

• أن يكون كل مصدر من مصدري الضوء أحادي اللون ،
• أن تتساوى موجات المصدرين في ترددها، أو طولها الموجي.
• أن تحافظ موجات المصدرين على فرق ثابت في الطور بينها.

تداخل الشق المزدوج

أجر ى العالم توماس يانغ تجربته الشهيرة التي أسهمت في إثبات الطبيعة الموجية للضوء؛ إذ مرر الضوء خلال شق صغير في قطعة

من الورق فحصل على شعاع رفيع، ثم استخدم بطاقة ورقية سمكها ( 0.7 mm ) تقريبا، تحتوي على شقين ضيقين متوازيين ومتجاورين، فنفذت

موجات الضوء من الشقين باتجاه الحاجز. لاحظ يانغ نمط تداخل، كالذي ينتج عن تداخل موجات الماء.

1. يتكون هدب مضيء ناتج عن تداخل بنّاء لشعاعين متفقين في الطور، لأنهما قطعا مسافة متساوية، ويسمى الهدب المركزي. 
2. يتكون عند نقاط هدب معتمة ناتجة عن تداخل هدام لشعاعين الفرق في الطور بينهما يساوي π لأن فرق المسار بينهما( $\frac{\lambda }{2}$)
3. يتكون عند نقاط هدب مضيئة ناتجة عن تداخل بنّاء لشعاعين متفقين في الطور ؛ لأن فرق المسار بينهما موجة كاملة (λ)
4. تتكون الأهداب المضيئة والمعتمة على جانبي الهدب المركزي، وتكون متماثلة، وتفصلها مسافات متساوية، ويمكن الاطلاع
عليها في الجدول الآتي:

تستخدم العلاقة الآتية في حساب الطول الموجي للموجات الضوئية :

                                  $\mathit{\lambda }\mathbf{ }\mathbf{=}\mathbf{ }\frac{\mathbf{a}\mathbf{\Delta }\mathbf{y}\mathbf{ }}{\mathbf{D}}$

التداخل في الأغشية الرقيقة

الظاهرة التي ينتج عنها طيف الألوان, بسبب التداخل الهدام والتداخل البناء للموجات الضوئية المنعكسة عن الغشاء الرقيق.

          

حيود موجات الضوء 

الحيود ظاهرة موجية تحدث للموجات الميكانيكية وللموجات الكهرمغناطيسية أيضا، مثل موجات الضوء

الحيود عبر شقّ ضيق

عند مرور شعاع ضوئي من شق ضيق، ينتشر على جانبي الشق، وإذا أتيح للضوء السقوط على حاجز بعيد

مقابل للشق؛ فإنه يكون أهدابا مضيئة وأخرى معتمة،

عندما يتكون هدب مضيء عند نقطة التقاء الشعاعين على الحاجز، فإن فرق المسار بينهما يكون بمقدار موجة كاملة أو
مضاعفاتها، أي إن: a sin θ = nλ
حيث n عدد صحيح.

محزوز الحيود

 تعمل أداة تسمى محزوز الحيود  وهي سلسلة من الشقوق المتوازية التي تفصلها مسافات متساوية يمر

خلالها الضوء. وتصنع من قطعة زجاجية أو بلاستيكية شفافة، ترسم عليها خطوط سوداء رفيعة متوازية،

تفصلها مسافات شفافة تشكل الشقوق، 

كل بقعة مضيئة على الحاجز  نتجت من عملية تداخل بنّاء بين الأشعة الصادرة من شقوق محزوز الحيود، بسبب اتفاقها في الطور

بشكل عام، عند البقعة المضيئة التي رتبتها (n)؛ فإن فرق المسار بين الشعاعين يساوي ( nλ ). حيث n عدد صحيح.

تحسب المسافة الفاصلة بين كل شقين متجاورين من العلاقة: $\sin {\theta }_n= \frac{n\lambda }{d}$

 محزوز الحيود يعمل على تحليل الضوء الأبيض إلى مكوناته، كما يفعل المنشور. باستخدام العلاقة السابقة، يمكن قياس زاوية حيود أي من ألوان الضوء وحساب طوله الموجي. 
يمكن إجراء عملية تحليل الضوء بمزيد من الدقة باستخدام جهاز المطياف الضوئي يستخدم محزوز الحيود لتحليل الطيف الناتج عن التركيبات الذرية والجزيئية، وكذلك في تحليل أطياف النجوم لدراسة تركيبها وخصائصها الأخرى. كما يستخدم في تصوير بعض العينات الطبية، باستخدام أطوال موجية محددة، أو تحفيز بعض الجزيئات في خلايا هذه العينات.