تم إلغاء تنشيط البوابة. يُرجَى الاتصال بمسؤول البوابة لديك.

فيديو السؤال: المقارنة بين الموجات المكونة لمنحنيات مختلفة للطول الموجي مقابل الشدة الفيزياء

يوضح التمثيل البياني كيف تتغير قدرة خرج ثلاثة مصادر ضوء ليزر بتغير الطول الموجي للضوء المنبعث منها. تبعث مصادر الضوء ضوءًا بشدة أكثر عند قيمة معينة للطول الموجي؛ حيث يقل الخرج كلما تغير الطول الموجي عن هذا الطول الموجي المعين. يمثل الشكلان ‪I‬‏، ‪II‬‏ مجموعات من الموجات المنبعثة من مصدرين من مصادر الضوء. يمثل الشكل ‪II‬‏ الموجات المنبعثة بواسطة مصدر الضوء الذي أنتج منحنى التوزيع الطيفي ذا اللون الأزرق على التمثيل البياني. ما لون المنحنى على التمثيل البياني الذي يناظر الموجات الممثلة في الشكل ‪I‬‏؟

٠٦:٣٨

‏نسخة الفيديو النصية

يوضح التمثيل البياني كيف تتغير قدرة خرج ثلاثة مصادر ضوء ليزر بتغير الطول الموجي للضوء المنبعث منها. تبعث مصادر الضوء ضوءًا بشدة أكثر عند قيمة معينة للطول الموجي؛ حيث يقل الخرج كلما تغير الطول الموجي عن هذا الطول الموجي المعين. يمثل الشكلان ‪I‬‏ و‪II‬‏ مجموعات من الموجات المنبعثة من مصدرين من مصادر الضوء. يمثل الشكل ‪II‬‏ الموجات المنبعثة بواسطة مصدر الضوء الذي أنتج منحنى التوزيع الطيفي ذا اللون الأزرق على التمثيل البياني. ما لون المنحنى على التمثيل البياني الذي يناظر الموجات الممثلة في الشكل ‪I‬‏؟

في هذا السؤال، لدينا تمثيل بياني يوضح شدة الضوء المنبعث من ثلاثة مصادر ضوء ليزر. يمثل المنحنى الأحمر المصدر ذا قدرة الخرج الأكبر، ويمثل المنحنى الأخضر المصدر ذا قدرة الخرج الأقل، ويمثل المنحنى الأزرق المصدر ذا قدرة الخرج التي تقع بينهما. ولدينا أيضًا مجموعتان من الموجات المنبعثة من مصدرين من مصادر الضوء. نعلم أن المجموعة ‪II‬‏ تمثل مصدر الضوء الموضح بالمنحنى الأزرق على التمثيل البياني. وعلينا تحديد المصدر الذي يناظر المجموعة ‪I‬‏، إذا ما كان المصدر المناظر للخط الأخضر أم المصدر المناظر للخط الأحمر.

يمكننا إيجاد إجابة هذا السؤال عن طريق مقارنة شدة الضوء الناتج عن مجموعتي الموجات. إذا كانت المجموعة ‪I‬‏ تنتج ضوء ليزر شدته أعلى من المجموعة ‪II‬‏، فإننا نعلم أنها لا بد أن تناظر المصدر الذي يمثله المنحنى الأحمر. وإذا كانت المجموعة ‪I‬‏ تنتج ضوء ليزر شدته أقل من المجموعة ‪II‬‏، فإننا نعلم أنها لا بد أن تناظر المصدر الذي يمثله المنحنى الأخضر. لذلك، دعونا في البداية نذكر أنفسنا ببعض خواص ضوء الليزر.

ينتج الليزر المثالي ضوءًا مترابطًا تمامًا. وهذا يعني أن جميع الموجات المنبعثة من الليزر لها الطول الموجي نفسه بالضبط، ويكون لكل موجة الشكل نفسه أو الشكل الموجي نفسه. بالإضافة إلى ذلك، للحصول على ضوء ليزر شدته عالية، يجب أن تكون كل موجة من هذه الموجات متفقة في الطور؛ بحيث تتحاذى القمم مع القمم والقيعان مع القيعان. وهذا مثال على مجموعة من موجات الضوء المترابطة. جميع الموجات لها الطول الموجي والشكل الموجي أنفسهما. كما أنها أيضًا متفقة في الطور.

إذا أنتج الليزر ضوءًا مترابطًا تمامًا بحيث تكون كل موجة متفقة في الطور مع الموجات الأخرى، فإن شدة ضوء الليزر تكون عالية للغاية. ويرجع ذلك إلى أن موجات الضوء تتداخل إحداها مع الأخرى، وينتج عن ذلك موجة محصلة. إذا كانت موجات الضوء الابتدائية متفقة تمامًا في الطور إحداها مع الأخرى ومترابطة، فإن سعة الموجة المحصلة تكون أكبر ما يمكن.

على سبيل المثال: تخيل أن لدينا موجتين مترابطتين ومتفقتين تمامًا في الطور، ولكل منهما السعة ‪𝐴‬‏. ستتداخل كل منهما مع الأخرى لينتج عن ذلك موجة محصلة لها السعة اثنين ‪𝐴‬‏. أما إذا كانت الموجتان الابتدائيتان غير متفقتين في الطور بشكل طفيف، فإن الموجة المحصلة تكون لها سعة أصغر. وهذا يؤدي إلى انخفاض شدة الضوء. ومن الجدير بالذكر أن هذا قد يحدث إذا كانت الموجتان مترابطتين لكنهما غير متفقتين قليلًا في الطور، وينطبق هذا بالتأكيد إذا لم تكن الموجتان مترابطتين في البداية.

في جهاز الليزر الحقيقي، لا يكون الضوء المنبعث مترابطًا تمامًا. سينتج الليزر ضوءًا له مدى صغير من الأطوال الموجية، وهو ما يعني أنه لا يمكن أن تكون جميع الموجات متفقة في الطور إحداها مع الأخرى طوال الوقت. تعتمد شدة الليزر على مدى عدم اتفاق هذه الموجات في الطور. كلما قل ترابط الموجات، تكون أقصى شدة لليزر أقل. دعونا نطبق هذه الفكرة على مجموعتي الموجات المعطاة لنا في هذا السؤال.

سنبدأ بالنظر إلى المجموعة ‪II‬‏، والتي نعلم أنها تناظر مصدر الضوء الذي يمثله المنحنى الأزرق على التمثيل البياني، وهو مصدر الضوء ذو الشدة المتوسطة. إذا نظرنا عن كثب، يمكننا ملاحظة أن هذه الموجات جميعها لها أطوال موجية مختلفة. على سبيل المثال: الطول الموجي لهذه الموجة الحمراء في الأعلى أقصر من الطول الموجي لهذه الموجة السوداء في الأسفل. وهذا يعني أن هذه الموجات جميعًا ليست متفقة تمامًا في الطور.

دعونا نقارن بين موضع قمة كل موجة عند هذه النقطة هنا. تقع قمة الموجة الحمراء على هذا الخط المنقط، إلا أن قمم الموجات الأخرى تبتعد أكثر فأكثر. عندما نصل إلى الخط الأسود، فإننا نحصل على قاع. ومن ثم، يمكننا ملاحظة أن هذا الضوء ليس مترابطًا تمامًا. دعونا الآن نكرر هذه العملية مع المجموعة ‪I‬‏. نلاحظ مرة أخرى أن كل الموجات لها أطوال موجية مختلفة، ولا تتحاذى قمم كل موجة مع الموجات الأخرى. ومن ثم، فإن هذا الضوء أيضًا ليس مترابطًا تمامًا.

دعونا الآن نقارن بين الشكلين. بمجرد النظر إلى الموجات، نجد أنه من السهل جدًّا ملاحظة أن المجموعة ‪I‬‏ ليست مترابطة بقدر ترابط المجموعة ‪II‬‏. الفرق في الأطوال الموجية للموجات أكبر بكثير، كما أن فرق الطور بين الموجات يبدو أكثر وضوحًا. بعبارة أخرى: الموجات في المجموعة ‪I‬‏ أقل ترابطًا من الموجات في المجموعة ‪II‬‏. ونظرًا لأن المجموعة ‪I‬‏ أقل ترابطًا بكثير مقارنة بالمجموعة ‪II‬‏، فلا بد وأن هذه المجموعة من الموجات تناظر ضوء ليزر أقل شدة.

بالرجوع إلى التمثيل البياني لدينا، نلاحظ أن الخط الأخضر يمثل ضوء ليزر أقصى شدة له أقل من الخط الأزرق. وعليه، لا بد أن تكون هذه هي الإجابة الصحيحة. يجب أن يناظر المنحنى الأخضر الموجات الممثلة في الشكل ‪I‬‏.

تستخدم نجوى ملفات تعريف الارتباط لضمان حصولك على أفضل تجربة على موقعنا. معرفة المزيد حول سياسة الخصوصية لدينا.