التدخل والحيود ومبدأ التراكب

يحدث التداخل عندما تتفاعل الموجات مع بعضها البعض ، بينما يحدث الحيود عندما تمر الموجة من خلال فتحة. تخضع هذه التفاعلات لمبدأ التراكب. يعد التداخل والانعراج ومبدأ التراكب مفاهيم مهمة لفهم العديد من تطبيقات الموجات.

عندما تتفاعل موجتان ، يقول مبدأ التراكب أن النتيجة دالة الموجة هو مجموع دالات الموجة الفردية. توصف هذه الظاهرة بشكل عام بأنها التشوش.

ضع في اعتبارك حالة حيث يتساقط الماء في حوض ماء. إذا كانت هناك قطرة واحدة تضرب الماء ، فسوف تخلق موجة دائرية من التموجات عبر الماء. ومع ذلك ، إذا كنت ستبدأ في تقطير الماء في نقطة أخرى ، فسيكون ذلك أيضا تبدأ في إحداث موجات مماثلة. عند النقاط التي تتداخل فيها هذه الموجات ، ستكون الموجة الناتجة مجموع الموجتين السابقتين.

هذا ينطبق فقط على المواقف التي تكون فيها الدالة الموجية خطية ، وهذا هو المكان الذي تعتمد عليه س و ر فقط للأول قوة. بعض المواقف ، مثل السلوك المرن غير الخطي الذي لا يطيع قانون هوك، لن تتناسب مع هذا الموقف ، لأنه يحتوي على معادلة موجة غير خطية. ولكن بالنسبة لجميع الموجات تقريبًا التي يتم التعامل معها في الفيزياء ، فإن هذا الوضع صحيح.

قد يكون الأمر واضحًا ، ولكن من الجيد أيضًا أن تكون واضحًا بشأن هذا المبدأ الذي يتضمن موجات من نفس النوع. من الواضح أن موجات الماء لن تتداخل مع الموجات الكهرومغناطيسية. حتى بين الأنواع المماثلة من الموجات ، يقتصر التأثير بشكل عام على الموجات التي لها نفس الطول الموجي تقريبًا (أو بالضبط). تؤكد معظم التجارب المتعلقة بالتداخل أن الموجات متطابقة في هذه النواحي.

تُظهر الصورة الموجودة على اليمين موجتين ، وتحتهما ، يتم الجمع بين هاتين الموجتين لإظهار التداخل.

عندما تتداخل القمم ، تصل موجة التراكب إلى أقصى ارتفاع. هذا الارتفاع هو مجموع اتساعها (أو ضعف اتساعها ، في حالة وجود موجات متساوية السعة). يحدث الشيء نفسه عندما تتداخل الأحواض ، مما يخلق حوضًا ناتجًا هو مجموع السعات السلبية. يسمى هذا النوع من التدخل تداخل بناء لأنه يزيد السعة الكلية. يمكن رؤية مثال آخر غير متحرك من خلال النقر على الصورة والتقدم إلى الصورة الثانية.

بالتناوب ، عندما تتداخل قمة الموجة مع قاع موجة أخرى ، تلغي الموجات بعضها البعض إلى حد ما. إذا كانت الموجات متناظرة (أي نفس وظيفة الموجة ، ولكنها تحولت بمرحلة أو نصف طول الموجة) ، فسوف تلغي بعضها البعض تمامًا. يسمى هذا النوع من التدخل التدخل الهدام ويمكن مشاهدته في الرسم على اليمين أو من خلال النقر على تلك الصورة والتقدم إلى تمثيل آخر.

في حالة التموجات السابقة في حوض ماء ، قد ترى بعض النقاط تكون موجات التداخل أكبر من كل من الموجات الفردية ، وبعض النقاط حيث تلغي الموجات كل منها أخرى.

تُعرف حالة تداخل خاصة باسم الانحراف وتحدث عندما تضرب الموجة حاجز الفتحة أو الحافة. عند حافة العائق ، يتم قطع الموجة ، ويخلق تأثيرات تداخل مع الجزء المتبقي من واجهات الموجة. بما أن جميع الظواهر الضوئية تقريبًا تنطوي على مرور الضوء من خلال فتحة من نوع ما - سواء كانت عينًا أو مستشعرًا أو أ التلسكوب ، أو أيا كان - يحدث الحيود في معظمها تقريبًا ، على الرغم من التأثير في معظم الحالات ضئيلة. عادةً ما يخلق الحيود حافة "ضبابية" ، على الرغم من أن الحيود في بعض الحالات (مثل تجربة يونغ المزدوجة الشق الموصوفة أدناه) يمكن أن يسبب ظواهر ذات أهمية في حد ذاتها.

يعد التدخل مفهومًا مثيرًا للاهتمام وله بعض العواقب الجديرة بالملاحظة ، خاصة في مجال الضوء حيث يسهل ملاحظة هذا التداخل نسبيًا.

في تجربة توماس يونغ الشق المزدوج، على سبيل المثال ، فإن أنماط التداخل الناتجة عن حيود "الموجة" الضوئية تجعلها قادرة على تسليط ضوء موحد وتقسيمها إلى سلسلة من الأشرطة الخفيفة والداكنة بمجرد إرسالها من خلال شقين ، وهو بالتأكيد ليس ما يتوقعه المرء. والأمر الأكثر إثارة للدهشة هو أن إجراء هذه التجربة مع الجسيمات ، مثل الإلكترونات ، يؤدي إلى خصائص مشابهة للموجة. أي نوع من الموجات يظهر هذا السلوك ، مع الإعداد المناسب.

ربما يكون التطبيق الأكثر روعة للتدخل هو خلق الهولوغرام. يتم ذلك عن طريق عكس مصدر ضوء متماسك ، مثل الليزر ، خارج كائن ما على فيلم خاص. إن أنماط التداخل الناتجة عن الضوء المنعكس هي ما ينتج عنه صورة ثلاثية الأبعاد ، والتي يمكن رؤيتها عندما يتم وضعها مرة أخرى في النوع الصحيح من الإضاءة.