فيديو السؤال: تعريف الحيود الفيزياء

نسخة الفيديو النصية

أي مما يلي يعبر عن التعريف الصحيح لمصطلح الحيود؟

يعطينا هذا السؤال خمسة تعريفات ممكنة. لذا، لنستعرض كلًّا منها على حدة ونرى أيها صحيح.

التعريف الأول: الحيود هو التغير في اتجاه الموجة التي تمر من وسط إلى آخر ذي كثافة مختلفة.

حسنًا، لنرسم شكلًا لما سيبدو عليه ذلك. لنفترض أن هذا هو السطح الفاصل بين الوسطين. لنفترض أيضًا أن الموجة تتحرك أولًا في الوسط الأزرق، ثم تتحرك في هذا الاتجاه. وتصل بزاوية ما من الاتجاه العمودي على السطح. ثم عندما تقابل السطح الفاصل، تغير من اتجاهها. أما إذا لم تغير من اتجاهها، فستواصل التحرك في هذا الاتجاه. الوسطان المذكوران في السؤال لهما كثافتان مختلفتان. لنفترض إذن أن هذا الوسط السفلي له الكثافة ‪𝜌‬‏ واحد. وهذا الوسط له الكثافة ‪𝜌‬‏ اثنان. حسنًا، هذه الحالة لا تبدو حيودًا. بل تبدو في الواقع أقرب إلى الانكسار. والانكسار هو انحراف موجة عندما تمر من وسط إلى آخر، حيث يكون للوسط الثاني كثافة مختلفة عن الوسط الأول. ومن ثم، فإن هذه العبارة الأولى ليست هي التعريف الصحيح للحيود. يمكننا إذن الانتقال إلى التعريف الثاني.

يقول التعريف الثاني إن الحيود هو التغير في الطول الموجي لموجة تمر خلال فتحة.

حسنًا، لنرسم شكلًا لما قد تبدو عليه هذه الحالة. الآن، لدينا مخطط للفتحة. هذا الشكل قد يكون شقًّا أو فجوة أو شيئًا من هذا القبيل. بعبارة أخرى، فتحة. ولنفترض أن لدينا موجة تتحرك في هذا الاتجاه. إذن، تأتي الموجة هنا، وتلتقي مع الفتحة. تشير هذه العبارة إلى أن الطول الموجي للموجة يتغير عندما يمر عبر الفتحة. حسنًا، لنفترض أن هذه الموجة القادمة هي موجة ضوئية. نعلم أنه بالنسبة للضوء، يرتبط الطول الموجي مباشرة بلون الضوء. هذه هي الطريقة التي تميز بها أعيننا الطول الموجي. إذن، إذا كان الطول الموجي للموجة يتغير أثناء مروره خلال الفتحة، فذلك يعني تغير لونها. هل هذا ما نراه عندما يكون لدينا شعاع ليزر، على سبيل المثال، يمر عبر فتحة؟ حسنًا، لا. لا نرى، في واقع الأمر، تغيرًا في الطول الموجي أو تغيرًا في اللون عند إجراء هذه التجربة في الحياة اليومية. ولذا، فإن التعريف الثاني ليس هو الإجابة الصحيحة. لننتقل إلى التعريف الثالث.

تنص هذه العبارة على أن الحيود هو التغير في اتجاه الموجة التي تمر بالقرب من الجسم وتغير اتجاهها بزاوية أكبر من 90 درجة.

مرة أخرى، لنرسم شكلًا. لنفترض أن هذا هو الجسم، أيًّا كان. ها هي الموجة القادمة. حسنًا، من المفترض أن تمر هذه الموجة بالقرب من الجسم. ومن ثم نكون قد رسمناها هكذا. في البداية، تتحرك الموجة في هذا الاتجاه. وهذه العبارة تعني أن الموجة غيرت اتجاهها بزاوية أكبر من 90 درجة. إذن، هذه زاوية قياسها 90 درجة. ويعني هذا التعريف أن الموجة ستواصل الحركة في هذا الاتجاه. هذه الزاوية أكبر من 90 درجة. وهذا يبدو نوعًا غريبًا من الانعكاس، وليس حيودًا. وهذا أمر غريب فعلًا؛ لأنها تمر على مقربة من الجسم ولكن من دون أن تلمسه. ومن ثم، فإن هذه الحالة أقرب إلى الانعكاس مما هي إلى الحيود. إذن، هذا ليس التعريف الصحيح. لننتقل إلى التعريف التالي.

التعريف الرابع: الحيود هو التغير في سرعة موجة تمر خلال فتحة.

أصبحنا نعرف ما علينا فعله الآن. لنرسم شكلًا. هذه هي الفتحة. ها هي الموجة القادمة. تشير هذه العبارة إلى أن سرعة الموجة تتغير عندما تمر هذه الموجة عبر فتحة. لكن، لنتذكر أمرًا. يمكننا أن نتذكر أن سرعة الموجة، ‪𝑣‬‏، تعطى من تردد الموجة، ‪𝑓‬‏، مضروبًا في الطول الموجي لتلك الموجة، ‪𝜆‬‏. والآن، إذا كانت لدينا موجة تتحرك من دون أن نضع في اعتبارنا أمورًا على غرار تأثير دوبلر، فلا بد أن يظل التردد هو نفسه بلا تغيير؛ لأن هذا التردد يتحدد حسب مصدر هذه الموجة. وبذلك نكون قد قلنا إن التردد يجب أن يظل كما هو. لكن سرعة الموجة تتغير عندما تمر عبر الفتحة. وعليه، إذا كانت السرعة تتغير، فلا بد أن يتغير الطول الموجي أيضًا. إذن، الموجة التي تغير سرعتها لا بد أن تغير طولها الموجي أيضًا. وعليه، سنرى مرة أخرى تغيرًا في اللون. حسنًا، كما ذكرنا من قبل، هذا ليس أمرًا نراه عند دراسة الحيود. إذن، هذا ليس التعريف الصحيح. لم يتبق لدينا سوى تعريف واحد. إذن، لا بد أن يكون هو التعريف الصحيح. لنتحقق من ذلك إذن.

ينص التعريف الخامس على أن الحيود هو التغير في اتجاه الموجة التي تمر بالقرب من جسم وتغير اتجاهها بزاوية أصغر من 90 درجة.

مرة أخرى، ها هو الجسم. وهذه هي الموجة القادمة. ينص هذا التعريف على أن الموجة تغير اتجاهها لأنها تمر بالقرب من جسم. أي إن الموجة تفعل شيئًا مثل هذا. وبالطبع، فإن قياس هذه الزاوية المحصورة بين الموجة الساقطة والموجة الخارجة أقل من 90 درجة. وهذا ما نراه بالفعل عند حدوث الحيود. عندما تمر موجة ضوئية بالقرب من جسم ما، يمكننا أن نلاحظ تغيرًا في اتجاهها. وهذا التأثير هو المسئول عن العديد من التأثيرات الأخرى، مثلما يحدث عندما تمر الموجة عبر فتحة، على سبيل المثال. ما نراه هو انحناء مفترض للضوء يعطينا نمط الحيود هذا الذي يبدو رائعًا. إذن هذا التعريف الأخير هو تعريف صحيح للحيود.

إذن، الإجابة النهائية هي أن الحيود هو التغير في اتجاه الموجة التي تمر بالقرب من جسم وتغير اتجاهها بزاوية أصغر من 90 درجة.