نسخة الفيديو النصية
أي عبارة من العبارات الآتية تصف بطريقة صحيحة العلاقة بين عدد الشقوق المتجاورة التي تمر خلالها الموجات ونمط الحيود الناتج عن الموجات؟ أ: لا ينتج نمط الحيود إلا عند وجود شق واحد. ب: لا ينتج نمط الحيود إلا عند وجود شقين. ج: ينتج نمط الحيود عن أي عدد من الشقوق. د: لا ينتج نمط الحيود إلا إذا كان عدد الشقوق مساويًا للطول الموجي للموجات.
بينما نفكر في هذا السؤال، دعونا نفرغ بعض المساحة على الشاشة ونذكر أنفسنا بتعريف نمط الحيود أولًا. نمط الحيود هو نمط تتخذه الموجات. فأي نوع من الموجات، سواء أكانت موجات ماء أو موجات صوتية أو موجات ضوئية، قادر على الحيود، أي الانحناء حول حواف الشقوق، والتداخل مع الموجات الأخرى تداخلًا بناء وهدامًا. ويتضح أن حيود الموجات وتداخلها لهما دور في تكوين نمط الحيود.
في هذا المثال، سنرسم الموجات باستخدام ما يسمى مقدمات الموجات. كل خط من هذه الخطوط يمثل مقدمة موجة. ويمكننا اعتبار أن هذه الخطوط تمثل قمم الأطوال الموجية المتتالية للموجة. سنقول إن هذه الموجة تتحرك في اتجاه اليمين. إذا وضعنا حاجزًا أمام هذه الموجة بهذا الشكل ثم فتحنا شقًّا صغيرًا في هذا الحاجز، فسيمر جزء من الموجة القادمة عبر هذا الشق. ونظرًا لأن هذا الشق ينتج عنه حافتان تنحني الموجة حولهما أو تحيد، فإنها ستحيد بالفعل أثناء مرورها عبر الشق. إذن، لدينا الآن موجة محيدة، لكن ماذا عن نمط الحيود؟
لنتخيل أن الموجة هي موجة ضوئية. لنفترض أيضًا أنه على بعد مسافة معينة من هذا الشق، وضعنا شاشة يمكن أن يسقط الضوء عليها. إذا كان حيود الموجة هو الظاهرة الموجية الوحيدة التي تحدث هنا، فعند سقوط الموجة الضوئية على الشاشة، سيكون هناك مستوى متساو من شدة الضوء عند كل نقطة. لكننا نعلم من الناحية التجريبية أن هذا ليس ما يحدث بالفعل. وذلك لأنه عندما تمر الموجة الضوئية عبر هذا الشق ثم تحيد، فإنها تتداخل أيضًا مع نفسها. قد يبدو غريبًا أن نفكر في موجة واحدة تتداخل مع نفسها. لكن هناك نموذجًا للموجات الضوئية ينص على أن أي نقطة على مقدمة الموجة يمكن اعتبارها مصدرًا للموجات. فالموجات من جميع هذه المصادر الموجية الفعالة تتداخل بعضها مع بعض.
سبب معرفتنا أن شيئًا كهذا يحدث بالفعل هو النظر إلى نمط الحيود الذي يتكون على الشاشة. ففي حالة وجود شق واحد، مثل الموضح هنا، يبدو نمط الحيود بهذا الشكل. توجد منطقة مضيئة كبيرة في منتصف الشاشة توازي الشق. وأعلى هذه المنطقة وأسفلها، توجد مناطق مظلمة؛ حيث تكون شدة الضوء صفرًا. وأعلى هذه المناطق وأسفلها، توجد مناطق مضيئة أيضًا، وإن لم تكن ساطعة مثل المنطقة المضيئة المركزية. يستمر هذا النمط المتبادل من المناطق المضيئة والمناطق المظلمة. ومن ثم، فإن ما نراه هنا على الشاشة هو نمط الحيود الناتج عن مرور الموجة عبر هذا الشق.
نلاحظ هنا أن نمط الحيود يتكون بالفعل عند وجود شق واحد فقط. لكن لاحظ أن خيار الإجابة أ ينص على أن نمط الحيود لا ينتج إلا عند وجود شق واحد. لكن في الواقع، إذا استبدلنا هذا الشق ورسمنا بدلًا من ذلك شقين متجاورين بهذا الشكل، فإن الموجات التي تمر عبر هذين الشقين ستحيد أو تنحني مرة أخرى وستتداخل جميعها أو كل منها مع الأخرى. يؤدي هذا التداخل إلى نمط حيود آخر على الشاشة يختلف عن النمط الأول.
نلاحظ إذن أن نمط الحيود يتكون للموجات عند وجود شق واحد أو شقين. وفي الواقع، إذا استمررنا في إضافة المزيد من الشقوق، فستمر الموجات القادمة من المصدر عبر هذه الشقوق وستحيد وتتداخل مرة أخرى. ومرة أخرى، سيكون لدينا على الشاشة نمط متبادل من المناطق المضيئة والمظلمة: المناطق المضيئة يتداخل فيها الضوء تداخلًا بناء، والمناطق المظلمة يتداخل فيها الضوء تداخلًا هدامًا. ومن ثم، نلاحظ أنه ليس صحيحًا أن نمط الحيود لا ينتج إلا عند وجود شق واحد أو شقين. بالإضافة إلى ذلك، نلاحظ أيضًا أنه ليس من الضروري أن يكون عدد الشقوق مساويًا للطول الموجي للموجات القادمة. فحتى بدون معرفة الطول الموجي لهذه الموجات، نعلم أن الشقوق التي ستمر خلالها الموجات ستنتج أنماط حيود.
إذن، الخيار الصحيح هو الخيار ج. بالنسبة إلى الموجات القادمة التي تسقط على حاجز به عدد من الشقوق، ينتج نمط الحيود عن أي عدد من الشقوق.
