4: الحيود
- Page ID
- 196515
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
في الفصل السابق، نظرنا ضمنيًا إلى الشقوق ككائنات ذات مواضع ولكن بدون حجم. تم اعتبار عرض الشقوق ضئيلًا. عندما تكون الشقوق ذات عرض محدود، يمكن اعتبار كل نقطة على طول الفتحة مصدرًا نقطيًا للضوء - وهو أساس مبدأ Huygens. نظرًا لأن الأدوات البصرية في العالم الحقيقي يجب أن تحتوي على فتحات محدودة (وإلا فلن يدخل الضوء)، يلعب الحيود دورًا رئيسيًا في الطريقة التي نفسر بها مخرجات هذه الأدوات البصرية. على سبيل المثال، يضع الحيود قيودًا على قدرتنا على حل الصور أو الأشياء. هذه مشكلة سندرسها لاحقًا في هذا الفصل.
- 4.1: مقدمة الحيود
- نظرًا لمبدأ Huygens، يمكننا تخيل جبهة موجية تعادل عددًا لا يحصى من مصادر النقاط للموجات. وبالتالي، يمكن للموجة من الشق أن تتصرف ليس كموجة واحدة ولكن كعدد لا نهائي من مصادر النقاط. يمكن أن تتداخل هذه الموجات مع بعضها البعض، مما يؤدي إلى نمط تداخل دون وجود شق ثانٍ. هذه الظاهرة تسمى الحيود.
- 4.2: حيود الشق الواحد
- يمكن أن يؤدي الانحراف إلى إرسال موجة حول حواف الفتحة أو أي عقبة أخرى. ينتج الشق الواحد نمط تداخل يتميز بحد أقصى مركزي عريض مع حد أقصى أضيق وأعتم على الجانبين.
- 4.3: الكثافة في حيود الشق الواحد
- يمكن حساب نمط شدة الحيود الناتج عن شق واحد باستخدام الطور\(I = I_0 \left(\frac{sin \space \beta}{\beta}\right)^2,\) حيث\(\beta = \frac{\phi}{2} = \frac{\pi D \space sin \space \theta}{\lambda}\)، D هو عرض الشق، هو الطول الموجي، و هو الزاوية من الذروة المركزية.
- 4.4: حيود الشق المزدوج
- مع الشقوق الحقيقية ذات العرض المحدود، تعمل تأثيرات التداخل والانحراف في وقت واحد لتشكيل نمط شدة معقد. يمكن تحديد الكثافة النسبية لهامش التداخل داخل نمط الحيود. تحدث الطلبات المفقودة عند وضع الحد الأقصى للتداخل والحد الأدنى للحيود معًا.
- 4.5: حواجز الحيود
- يتكون محزوز الحيود من عدد كبير من الشقوق المتوازية المتباعدة بشكل متساوٍ والتي تنتج نمط تداخل مشابهًا لنمط الشق المزدوج ولكنه أكثر حدة منه. يحدث التداخل\(d \space sin \space \theta = m \lambda\) البنائي عندما تكون الصورة = 0، ± 1، ± 2،...، حيث d هي المسافة بين الشقوق، هي الزاوية بالنسبة لاتجاه السقوط، و m هي ترتيب التداخل.
- 4.6: الفتحات الدائرية والقرار
- ينحرف الضوء أثناء تحركه عبر الفضاء، وينحني حول العقبات، ويتدخل بشكل بناء ومدمر. يمكن استخدام هذا كأداة طيفية - يشتت محزوز الحيود الضوء وفقًا لطول الموجة، على سبيل المثال، ويستخدم لإنتاج الطيف - ولكن الحيود يحد أيضًا من التفاصيل التي يمكننا الحصول عليها في الصور. يحد الانحراف من الدقة في العديد من الحالات. إن حدة رؤيتنا محدودة لأن الضوء يمر عبر حدقة العين، وهي الفتحة الدائرية للعين.
- 4.7: حيود الأشعة السينية
- نظرًا لأن فوتونات الأشعة السينية نشطة جدًا، فإن لها أطوال موجية قصيرة نسبيًا. وهكذا، تعمل فوتونات الأشعة السينية النموذجية مثل الأشعة عندما تواجه الأجسام العيانية، مثل الأسنان، وتنتج ظلال حادة. ومع ذلك، نظرًا لأن الذرات في حدود 0.1 نانومتر في الحجم، يمكن استخدام الأشعة السينية للكشف عن موقع الذرات والجزيئات وشكلها وحجمها. تسمى هذه العملية حيود الأشعة السينية، وتنطوي على تداخل الأشعة السينية لإنتاج الأنماط.
- 4.8: التصوير المجسم
- الهولوغرام هو صورة ثلاثية الأبعاد حقيقية مسجلة على الفيلم بواسطة الليزر. تُستخدم الصور المجسمة للتسلية؛ والديكور على المواد الجديدة وأغلفة المجلات؛ والأمن على بطاقات الائتمان ورخص القيادة (هناك حاجة إلى ليزر ومعدات أخرى لإعادة إنتاجها)؛ وللتخزين الجاد للمعلومات ثلاثية الأبعاد. يمكنك أن ترى أن الهولوغرام هو صورة حقيقية ثلاثية الأبعاد لأن الكائنات تغير الموضع النسبي في الصورة عند عرضها من زوايا مختلفة.
الصورة المصغرة: أنتج حيود الأشعة السينية من بلورة البروتين (ليزوزيم البيض في الدجاجة) نمط التداخل هذا. ينتج عن تحليل النمط معلومات حول بنية البروتين. (مصدر: «Del45" /ويكيميديا كومنز)