ما-هو-حيود-الضوء
محتويات
تعريف الضوء
يمكن تعريف الضوء على أنه الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي يمكن ملاحظته باستخدام العين المجردة، كما يمكن القول بأن الضوء وسيلة أساسية لإدراك العالم والتواصل فيه، ويمتد هذا الإشعاع على مدى واسع من الأطوال الموجية من أشعة غاما وحتى موجات الراديو، ويكون امتداد الأشعة المرئية للبشر من 400 نانو متر للضوء البنفسجي إلى 700 نانومتر للضوء الأحمر، وتتكون المنطقة الطيفية المجاورة للشريط المرئي من أشعة فوق بنفسجية على أحد الأطراف وأشعة تحت حمراء على الطرف الآخر، كما أن سرعة الضوء في الفراغ ثابتة حيث تبلغ 186.282ميلًا في الثانية، وفيما يأتي سيتم التحدث عن طبيعة الضوء وأنواعه وبعض خصائصه، كما سيتم التحدث بالتفصيل عن ما هو حيود الضوء.[١]
الطبيعة الثنائية للضوء
قبل التعرف على إجابة سؤال: "ما هو حيود الضوء؟" يمكن تعريف الطبيعة الثنائية للضوء على أنها قدرة الضوء على عرض خصائص كل من الأمواج والجسيمات حسب الحالة المتواجد فيها، ففي بعض الأحيان يتخذ الضوء مسارًا مثل الجسيمات؛ أي ينتقل في خطوط مستقيمة بسرعة كبيرة جدًا، وفي بعض الأحيان يتخذ مسارًا مثل الموجات، أي أنه ينتقل في الفراغ وينحني أو ينحرف حول جسم ما إذا اعترض طريقه، فعلى سبيل المثال لا يمكن تفسير ما هو حيود الضوء وما هو تداخله وما هو استقطابه إلا إذا كان الضوء ذو طبيعة موجية، ولا يمكن تفسير ظاهرة الانعكاس وانكسار الضوء إلا إذا كانت الأشعة مكونة من جزيئات، ومن خلال نظرية الكم يمكن القول بأن فوتونات تنتقل عبر الفراغ لتتفاعل مع المادة، وخلال انتقالها تتعرض لظواهر كالانعكاس والانكسار وحيود الضوء، وسوف يتم تفصيل ما هو حيود الضوء لاحقًا، أما في ما يأتي فسوف يتم ذكر أنواع الأشعة الضوئية:[٣]
- موجات الراديو: تمتلك موجات الراديو أقل الترددات بين الموجات الضوئية، ويمكن استخدام هذه الموجات لحمل إشارات إلى أجهزة استقبال تترجم هذه الموجات إلى معلومات قابلة للفهم والاستخدام، كما تنبعث هذه الموجات بكميات مختلفة من النجوم والكواكب وغيرها من الأجسام الفضائية، وتعتمد شركات الهواتف أيضًا على موجات الراديو التي تحمل إشارات تُنقل عبر الهوائيات.
- الموجات الدقيقة: وهي ثاني أقل الموجات ترددًا في الهيكل العظمي داخل الجسم.
- موجات غاما: هي أعلى الموجات ترددًا، وتنبعث هذه الأشعة من الجسيمات الكونية الأكثر نشاطًا مثل النجوم النابضة والنيوترونية والثقوب السوداء، ويمكن لهذه الأشعة تدمير الخلايا، ومن حسن الحظ أن الغلاف الجوي للأرض يقوم بامتصاصها فيحمي الكائنات الحية من أضرارها.
ميزات وخصائص الضوء
يتخذ الضوء العديد من المسارات مثل الانكسار والانعكاس والحيود، والعديد من هذه الظواهر المتعلقة بالضوء ولكن قبل التعمق في مسألة سلوكات الضوء وما هو حيود الضوء يجب التحدث عن بعض الخصائص المتعلقة في الضوء وفي ما يأتي بعض هذه الخصائص: [٤]
- يتحرك الضوء في خطوط مستقيمة تسمى خطوط انتشار الضوء.
- يعد الضوء موجات كهرومغناطيسية.
- يبقى تردد الضوء ثابتًا عند انتقاله من وسط إلى آخر.
- يتغير الطول الموجي للضوء عند انتقاله من وسط إلى آخر .
- يرتد الضوء عن السطوح المصقولة عند سقوطه عليها.
- تزيد أو تقل سرعة الضوء عند انتقاله من وسط إلى آخر.
- يمتلك الضوء القدرة على اختراق الأجسام الشفافة.
- يمتلك الضوء طولًا موجيًّا صغيرًا جدًا.
من أين يأتي الضوء
قبل التحدث أيضًا عن ما هو حيود الضوء وما هي سلوكاته الأخرى لا بد من معرفة من أين يأتي الضوء وكيفية تكونه في الذرات، فمن المعروف أن الكون يملك كمية ثابتة من الطاقة، ولا يوجد طريقة في الكون يمكن من خلالها خلق الطاقة أو تدميرها، ولكن من الممكن أن تتخذ الطاقة أشكالًا مختلفة، وهذا ما يحصل في حالة الضوء، إذ يتكون الضوء داخل الذرات، بحيث تتحول الطاقة التي تكتسبها الذرات إلى طاقة ضوئية، ويمكن تلخيص عملية تكون الضوء في الذرات بثلاث خطوات وهي كالآتي: [٥]
- تكون الذرات في حالة استقرار وتكون الإلكترونات في أماكنها الطبيعية.
- تمتص الذرات طاقة ما، فتقوم بطرد إلكترون واحد أو عدد من الإلكترونات بعيدًا عن نواة الذرة إلى مستويات طاقة أعلى، بحيث تتذبذب الإلكترونات داخلها، وبذلك تكون الذرات في حالة إثارة غير مستقرة.
- تحاول الذرات العودة إلى حالتها المستقرة بسرعة، من خلال إطلاق الطاقة الزائدة التي اكتسبتها على شكل حزم من الضوء تدعى بالفوتونات.
سلوكات الضوء
يتحرك الضوء بخط مستقيم ولكنه يتخذ أحد أربع سلوكات مختلفة عند تعرضه لظروف معينة، وهذه السلوكات هي الانكسار والانعكاس والتداخل والحيود، بحيث سيتم شرح أول ثلاث سلوكات بينما سيتم تفصيل ما هو حيود الضوء لاحقًا بشكلٍ موسع، وفيما يأتي شرح للانكسار والانعكاس والتداخل:[٦]
- الانعكاس: تعد مصادر الضوء المختلفة كالزجاج والبلاستيك والماء، ويعتمد الانكسار على تباطئ سرعة الضوء عند الانتقال بين الأوساط المختلفة، ومن الممكن ملاحظة الانكسار على السطح الفاصل بين الوسطين.
- التداخل: تتم عملية التداخل من خلال إرسال مصدران للضوء للموجات معًا، فتلتقي هذه الموجات وتتداخل مع بعضها البعض في بعض الأماكن، فيتغير حجم الموجات حسب أماكن التداخل، فقد تصبح الموجات أكبر أو قد تُلغى نهائيًا، كما تكون الموجات في حالات التداخل ملونةً للغاية، ويمكن استخدام خاصية التداخل في قياس المسافات الصغيرة باستخدام أشعة الليزر.
ما هو حيود الضوء
يعرف الحيود بشكلٍ عام على أنه تغير اتجاه الأمواج عند مرورها بفتحة أو مواجهتها لعقبةٍ ما، فأمواج الماء والصوت تتمتع بالقدرة على التنقل حول العواقب والزوايا وعبر الفتحات، ولكن هل للضوء نفس القدرة وما هو حيود الضوء؟
يمكن إجابة سؤال: "ما هو حيود الضوء؟" والتعرف على مفهوم حيود الضوء بتوضيح بسيط؛ فعندما يتعارض عائق ما مع خط سير الضوء، فسيتسبب هذا العائق في حجب الضوء وتكوين ظل خلفه، مما ينوه إلى عدم قدرة الضوء على الالتفاف والانحناء خلف هذه العقبة، ولكن بالواقع أن هذا الالتفاف قد تم، فعند تدقيق النظر على حواف ظل العائق سيتم الملاحظة أن الحواف ضبابية وذلك يحصل بسبب تداخل الضوء نتيجة حيوده حول أطراف الجسم الذي تكون ظله. [٧]
ولتوضيح "ما هو حيود الضوء؟"، يمكن النظر إلى ضوء الشارع في الظلام عن طريق إغلاق العينين إلى حد كبير مع ترك جزء بسيط مفتوح، سيتم ملاحظة انتشار الضوء على شكل خطوط غريبة حين يمر بين الفتحات الضيقة بين الجفون والرموش، وكلما قام الشخص بإغلاق عينيه بشكل أكبر كلما لاحظ زيادة انتشار الضوء حتى يختفي تمامًا عند إغلاق العينين. [٦]
تطبيقات على حيود الضوء
بعد التعرف على إجابة سؤال: "ما هو حيود الضوء؟" والسلوكات الأخرى التي يتخذها الضوء، يجب الحديث عن بعض الأمثلة والتطبيقات التي يتم استخدام حيود الضوء فيها، فلقد استطاع العلماء توظيف هذا السلوك الضوئي لإنتاج العديد من الأجهزة العلمية، كما قد تظهر آثار الحيود كنتيجة ثانوية لتصنيع شيء ما، فمن الممكن أن يحد من شدة الوضوح في الكاميرات أو التلسكوب أو المجاهر،[٨]وفي ما يأتي بعض الأمثلة والتطبيقات على حيود الضوء:
- استخدام حيود الثقوب المتعددة لتحليل الضوء إلى طيفه الأساسي.[٩]
- عملية التصوير المجسم ودراسة البلورات بالأشعة السينية.[٩]
- تصنيع مقياس الطيف لمعرفة مكونات مادة ما، فمن خلال الحيود يمكن معرفة مكونات النجوم ودرجة حرارتها.[٩]
- تصميم هيكل شبكي ينتج عنه أي نمط حيود مطلوب، مثل الهولوغرام الموجود على بطاقات الائتمان.[٨]
ما هو حيود الضوء في دراسة البلورات
بعد التحدث عن إجابة سؤال: "ما هو حيود الضوء؟" من الممكن أيضًا الحديث عن علاقته بدراسة البلورات باستخدام الأشعة السينية، إذ تستخدم الأشعة السينية لتحديد التركيب الذري والجزيئي للبلورة، بحيث تتسبب ذرات البلورة بانحراف الأشعة السينية في العديد من الاتجاهات المحددة، وبذلك تنتج دراسة البلورات بالأشعة السينية صورة ثلاثية الأبعاد لكثافة الإلكترونات داخل البلورة، عن طريق تحديد زوايا وشدة حزمة الأشعة بعد حيودها، وهنالك العديد من المعلومات التي يستطيع العلماء استنتاجها بعد تحديد كثافة قوس قزح، ومن الممكن تصنيع شبكة الشقوق المتعددة عن طريق إحداث ثقوب متقاطعة في قطعة من الزجاج.[١٣]
المراجع[+]
- ↑ "Light", www.britannica.com, Retrieved 25-09-2019. Edited.
- ↑ "What is dual nature of light?", www.quora.com, Retrieved 26-09-2019. Edited.
- ↑ "7 Types of Electromagnetic Waves", sciencing.com, Retrieved 25-09-2019. Edited.
- ↑ "What are some characteristics and properties of light?", www.quora.com, Retrieved 26-09-2019. Edited.
- ↑ "Light", www.explainthatstuff.com, Retrieved 26-09-2019. Edited.
- ^ أ ب "Light", www.explainthatstuff.com, Retrieved 26-09-2019. Edited.
- ↑ "Wavelike Behaviors of Light", www.physicsclassroom.com, Retrieved 26-09-2019. Edited.
- ^ أ ب "What are some examples of diffraction?", www.quora.com, Retrieved 26-09-2019. Edited.
- ^ أ ب ت "What are the application of diffraction of light?", www.quora.com, Retrieved 26-09-2019. Edited.
- ^ أ ب "Diffraction", phys.libretexts.org, Retrieved 27-09-2019. Edited.
- ↑ "Single-slit Diffraction: Interference Pattern & Equations", study.com, Retrieved 28-09-2019. Edited.
- ↑ "Double-slit Diffraction: Interference Pattern & Equations", study.com, Retrieved 28-09-2019. Edited.
- ↑ "Multiple-slit Diffraction: Interference Pattern & Equations", study.com, Retrieved 28-09-2019. Edited.
