أقسام المقالة
- الضوء يحيد حول المداخل الواسعة صواب خطأ
- ما هو حيود الضوء بالضبط؟
- ما هو المقصود بـ “الطول الموجي” للضوء؟
- لماذا لا نلاحظ حيود الضوء في حياتنا اليومية؟
- هل يؤثر لون الضوء (أي طوله الموجي) على درجة الحيود؟
- الفرق بين حيود الضوء وانكساره؟
- لماذا نسمع الصوت من حول زاوية مبنى، لكن لا يمكننا رؤية ما خلفها؟
- التطبيقات العملية لظاهرة حيود الضوء؟
- كيف يثبت حيود الضوء أن للضوء طبيعة موجية؟
- ماذا يحدث لو كان حجم الفتحة أصغر من الطول الموجي للضوء؟
- هل يمكن أن يحدث الحيود لأشياء أخرى غير الضوء والصوت؟
- خاتمة
الضوء يحيد حول المداخل الواسعة صواب خطأ
خطأ. الضوء لا يحيد حول المداخل الواسعة، بل يحدث الحيود (الانحراف أو الانثناء) عندما يمر الضوء من خلال فتحة ضيقة أو صغيرة يكون عرضها قريبًا من طول موجة الضوء نفسه.
في المداخل الواسعة، يكون تأثير الحيود ضعيفًا جدًا أو لا يُلاحظ لأن أشعة الضوء تسير تقريبًا في خطوط مستقيمة. لذلك، يمكننا القول إن الحيود يحدث فقط عند الحواجز أو الفتحات الضيقة، وليس الواسعة.
ما هو حيود الضوء بالضبط؟
الحيود هو ظاهرة فيزيائية تصف قدرة الموجات، بما في ذلك موجات الضوء، على الانحناء والانتشار عند مواجهتها لعائق أو عند مرورها من خلال فتحة ضيقة. تخيل موجات الماء في بركة، عندما تصطدم بحجر صغير، فإنها تلتف حوله وتستمر في طريقها. الضوء يفعل الشيء نفسه، ولكن على نطاق أصغر بكثير. هذا الانحناء ليس شيئًا نراه عادةً لأن الفتحات التي يمر بها الضوء في حياتنا اليومية (مثل النوافذ والأبواب) هائلة الحجم مقارنة بالطول الموجي الدقيق للضوء. هذه الظاهرة هي دليل أساسي على أن الضوء يمتلك خصائص موجية، كما وصفها العالم كريستيان هويجنز.
ما هو المقصود بـ “الطول الموجي” للضوء؟
الطول الموجي هو ببساطة المسافة بين قمتين متتاليتين في الموجة. يمكن تشبيهه بالمسافة بين موجتين متتاليتين في البحر. بالنسبة للضوء، يحدد الطول الموجي لونه وطاقته. الضوء البنفسجي، على سبيل المثال، له طول موجي قصير، بينما الضوء الأحمر له طول موجي أطول. الأطوال الموجية للضوء المرئي دقيقة للغاية، وتقاس بوحدة تسمى “النانومتر”، وهو جزء من المليار من المتر. هذا الحجم الصغير جدًا هو السبب في أن ظاهرة الحيود لا تحدث إلا مع الشقوق والفتحات الدقيقة جدًا التي تقترب من هذا المقياس.
إقرأ أيضا:كونت مراة مقعرة بعدها البؤري 16 cm صورة على بعد 38.6 cm منها ما بعد الجسم عن المراةلماذا لا نلاحظ حيود الضوء في حياتنا اليومية؟
نحن لا نلاحظ حيود الضوء في حياتنا اليومية لأن معظم الأشياء من حولنا أكبر بكثير من الطول الموجي للضوء. النافذة التي تنظر منها، أو الباب الذي تمر من خلاله، كلها فتحات تعتبر “واسعة” جدًا بالنسبة لموجات الضوء. عندما تمر موجة ضوئية عبر فتحة كبيرة جدًا، فإن معظم الموجة تمر مباشرة دون أي انحناء يذكر، تمامًا مثل جيش كبير يسير عبر بوابة مدينة واسعة. الانحناء الطفيف الذي يحدث عند الحواف يكون صغيرًا جدًا وغير محسوس، لذا يبدو لنا أن الضوء يسير دائمًا في خطوط مستقيمة.
هل يؤثر لون الضوء (أي طوله الموجي) على درجة الحيود؟
نعم، يؤثر لون الضوء بشكل مباشر على درجة الحيود. بما أن الحيود يعتمد على العلاقة بين حجم الفتحة والطول الموجي، فإن الأطوال الموجية المختلفة ستحيد بدرجات متفاوتة عند مرورها بنفس الفتحة الضيقة.
فالضوء الأحمر، الذي يمتلك أطول طول موجي في الطيف المرئي، ينحني أو يحيد بزاوية أكبر من الضوء البنفسجي، الذي يمتلك أقصر طول موجي. هذا هو السبب في أن استخدام جهاز يسمى “محزز الحيود” يمكنه فصل الضوء الأبيض إلى ألوان قوس قزح، حيث يتم حرف كل لون (طول موجي) بزاوية مختلفة قليلاً.
الفرق بين حيود الضوء وانكساره؟
على الرغم من أن كلتا الظاهرتين تصفان تغير مسار الضوء، إلا أنهما مختلفتان تمامًا. الانكسار هو انحناء الضوء عند انتقاله من وسط شفاف إلى وسط شفاف آخر مختلف في الكثافة، مثل انتقاله من الهواء إلى الماء. هذا هو سبب ظهور الملعقة “مكسورة” عند وضعها في كوب ماء. أما الحيود، فهو انحناء الضوء حول حواف عائق أو عند مروره من خلال فتحة ضيقة في نفس الوسط. الانكسار يتعلق بتغير سرعة الضوء بين وسطين، بينما الحيود يتعلق بالطبيعة الموجية للضوء وانتشاره.
إقرأ أيضا:كلما زادت كتلة صندوق، فإنه يحتاج لقوة أكبر لدفعه صواب خطألماذا نسمع الصوت من حول زاوية مبنى، لكن لا يمكننا رؤية ما خلفها؟
هذا مثال ممتاز يوضح الفرق بين حيود الصوت وحيود الضوء. موجات الصوت لها طول موجي طويل نسبيًا، يتراوح من بضعة سنتيمترات إلى عدة أمتار. هذا الطول الموجي الطويل مشابه لحجم العوائق اليومية مثل زوايا المباني والأبواب المفتوحة. لذلك، يمكن لموجات الصوت أن تحيد (تنحني) بسهولة حول هذه العوائق وتصل إلى أذنيك. في المقابل، موجات الضوء لها طول موجي قصير جدًا (يقاس بالنانومتر).
هذا الطول الموجي أصغر بآلاف المرات من زاوية المبنى، لذا فإن الضوء لا يستطيع الانحناء حولها بشكل كافٍ ليصل إلى عينيك، وبدلاً من ذلك يسير في خط مستقيم ويحجبه العائق.
التطبيقات العملية لظاهرة حيود الضوء؟
لظاهرة حيود الضوء تطبيقات عملية مهمة جدًا في العلم والتكنولوجيا. أحد أهم التطبيقات هو “محزز الحيود”، وهو أداة تستخدم في أجهزة المطياف لتحليل الضوء وتحديد مكوناته.
يستخدم العلماء هذا لتحليل الضوء القادم من النجوم البعيدة ومعرفة العناصر الكيميائية المكونة لها. كما يستخدم الحيود في تقنية “علم البلورات بالأشعة السينية”، حيث يتم توجيه الأشعة السينية (وهي نوع من الضوء) إلى بلورة، ومن خلال دراسة نمط الحيود الناتج، يمكن للعلماء تحديد التركيب الذري الدقيق لتلك البلورة، وهو أمر أساسي في تطوير الأدوية وفهم المواد.
إقرأ أيضا:الخميرة المستخدمة في صناعة الخبز ما هي إلا فطر وحيد الخلية ينتمي إلىكيف يثبت حيود الضوء أن للضوء طبيعة موجية؟
كان يُعتقد لفترة طويلة، بفضل أعمال إسحاق نيوتن، أن الضوء يتكون من جسيمات صغيرة تسير في خطوط مستقيمة. لو كان هذا صحيحًا، فعند مرور الضوء من فتحة ضيقة، يجب أن نرى بقعة ضوء حادة بنفس شكل الفتحة على الحاجز المقابل. لكن ما نراه في الواقع هو نمط معقد من مناطق مضيئة ومظلمة متناوبة، حيث ينتشر الضوء في مناطق كان من المفترض أن تكون في الظل. هذا النمط، المعروف بـ “نمط التداخل والحيود”، لا يمكن تفسيره إلا إذا اعتبرنا أن الضوء موجة، حيث تتداخل الموجات التي تنحني عند الحواف مع بعضها البعض، فتُقوي بعضها (مناطق مضيئة) وتُلغي بعضها البعض (مناطق مظلمة).
ماذا يحدث لو كان حجم الفتحة أصغر من الطول الموجي للضوء؟
عندما يكون حجم الفتحة أصغر من الطول الموجي للضوء، فإن معظم موجات الضوء لا تتمكن من المرور عبرها، ويتم حجبها أو امتصاصها أو عكسها. كمية الضوء التي تتمكن من النفاذ تكون ضئيلة جدًا. الفتحة في هذه الحالة تعمل كحاجز فعال للغاية يمنع انتشار الموجة. هذا المبدأ يستخدم في تصميم أجهزة الحماية من أنواع معينة من الإشعاع الكهرومغناطيسي، مثل باب فرن الميكروويف الذي يحتوي على شبكة معدنية بفتحات صغيرة جدًا تمنع موجات الميكروويف (ذات الطول الموجي الطويل) من الخروج، بينما تسمح للضوء المرئي (الطول الموجي القصير جدًا) بالمرور.
هل يمكن أن يحدث الحيود لأشياء أخرى غير الضوء والصوت؟
نعم، الحيود هو خاصية أساسية لجميع أنواع الموجات فموجات الماء تحيد حول الصخور وأعمدة الأرصفة البحرية. كذلك موجات الراديو يمكنها أن تحيد حول المباني والتلال، وهذا ما يسمح لنا باستقبال إشارة الراديو حتى لو لم يكن هناك خط رؤية مباشر مع برج الإرسال. والأمر المدهش أكثر هو أنه في عالم ميكانيكا الكم، حتى الجسيمات مثل الإلكترونات والنيوترونات تظهر سلوكًا موجيًا ويمكنها أن تحيد عند مرورها عبر حواجز دقيقة جدًا مثل التركيب البلوري للمعادن، وهذا دليل آخر على الطبيعة المزدوجة (الجسيمية والموجية) للمادة.
خاتمة
من خلال الشرح السابق، يتضح بوضوح أن العبارة “الضوء يحيد حول المداخل الواسعة” هي عبارة خاطئة لانه لا يحدث إلا عندما يمر الضوء من خلال شق أو فتحة ضيقة جدًا يكون عرضها قريبًا من طول موجة الضوء. أما إذا كانت الفتحة واسعة جدًا، فإن الضوء يسير في خطوط مستقيمة تقريبًا ولا يظهر أي انحناء أو انتشار ملحوظ.
