يتم تفسير هذه الظاهرة من وجهة نظر النظرية الموجية للضوء. مصادر الضوء المنظمة

تدخل الموجة. موجات متماسكة. الفرق بين الموجتين. شروط الحد الأقصى والحد الأدنى للتداخل

تدخل الحد الأقصى والحد الأدنى من الشروط

الموضوع 9. النظرية الموجية للضوء. تدخل الضوء. طريقة يونغ

التشوشالموجات هي ظاهرة اشتداد التذبذبات في بعض النقاط في الفضاء وضعف التذبذبات في نقاط أخرى نتيجة تراكب موجتين أو أكثر تصل إلى هذه النقاط. عندما تتداخل موجتان ضوئيتان (أو أكثر)، تحدث إعادة التوزيع المكاني تدفق مضيئةونتيجة لذلك تظهر الحد الأقصى في بعض الأماكن والحد الأدنى في الشدة في أماكن أخرى. شرط ضروريمراقبة نمط التدخل مستقرة منطقموجات قابلة للتكديس. متماسكتسمى موجات لها نفس التردد، وتختلف تذبذباتها في اختلاف الطور الذي يكون ثابتًا مع مرور الوقت.

للحصول على موجات ضوئية متماسكة، يتم استخدام طريقة تقسيم الموجة المنبعثة من مصدر واحد إلى قسمين، والتي، بعد مرورها عبر مصادر مختلفة المسارات البصريةتتراكب على بعضها البعض، ونتيجة لذلك يتم ملاحظة نمط التداخل.

منتج الطول الهندسي سمسار موجة الضوء في وسط معين بواسطة المؤشر نويسمى انكسار هذا الوسط طول المسار البصري ل ، قيمة د = ل 2 – ل 1 (الفرق في الأطوال البصرية للمسارات التي تعبرها الموجات) يسمى اختلاف المسار البصري

إذا كان فرق المسار البصري D يساوي عددًا صحيحًا من الأطوال الموجية ل 0، أي.

( = 0, 1, 2,…) ,

مستحدث كلتا الموجتين في نفس المرحلة وعند هذه النقطة مسيتم ملاحظة الحد الأقصى للتداخل(م- ترتيب التداخل الأقصى).

إذا كان فرق المسار البصري D يساوي نصف عدد صحيح من الأطوال الموجية ل 0، أي.

( = 0, 1, 2,…) ,

ثم التذبذبات متحمس عند هذه النقطة مستحدث كلتا الموجتين في الطور المضاد وعند هذه النقطة مسيتم ملاحظة الحد الأدنى من التدخل(م- ترتيب التداخل الأدنى).

وكمثال على تداخل موجات الضوء، فكر في طريقة يونج .

طريقة يونغ.ولملاحظة تداخل الضوء، يتم الحصول على أشعة ضوئية متماسكة عن طريق فصل أشعة الضوء المنبعثة من نفس المصدر ومن ثم دمجها. مصدر الضوء هو شق ذو إضاءة ساطعة س(الشكل 20)، منها موجة خفيفةيسقط على شقين ضيقين متساويين البعد س 1 و س 2 , الشقوق المتوازية س.وبالتالي فإن الفجوات س 1 و س 2 لعب دور مصادر متماسكة، أ

شدة الضوء عند نقطة ما أيحدده اختلاف المسار البصري للأشعة: د = س 2 – س 1 .

وفقا للشكل 20:

; ، أين أو .

من الشرط ل>>ديتبع ذلك س 1 + س 2 » 2 ل،ثم

وفقا لهذه العلاقة وشروط الملاحظة الحد الأقصى والحد الأدنى للتداخلالحد الأقصى للمواضع ( xmax) والحد الأدنى ( xmin) يتم تحديد الشدة التي تظهر على الشاشة بطريقة يونج بالطريقة الآتية:

( = 0, 1, 2,…) ,

( = 0, 1, 2,…) .

المسافة بين حدين أقصى (أو حد أدنى) متجاورين د سمُسَمًّى عرض هامش التدخلويساوي:

ويستنتج من هذه العلاقة أن قيمة د سيعتمد على الطول الموجي ل 0 . ولذلك، فإن نمط التداخل الواضح، وهو تناوب الخطوط الفاتحة والداكنة على الشاشة، ممكن فقط عند الاستخدام ضوء أحادي اللون,أي ضوء ذو طول موجي معين ل 0 .

الموضوع 10. حيود الضوء. حيود فريسنل

الانحرافيسمى انحناء الموجات حول العوائق. الانحرافيتم تعريف الضوء على أنه أي انحراف لانتشار الضوء بالقرب من العوائق عن القوانين البصريات الهندسية. بفضل الحيود، تقع الموجات في منطقة الظل الهندسي، وتخترق الثقوب الصغيرة، وما إلى ذلك.

تم شرح ظاهرة الحيود باستخدام مبدأ هيجنزحيث أن كل نقطة تصل إليها الموجة تكون بمثابة مركز للموجات الثانوية، ويحدد غلاف هذه الموجات موقع مقدمة الموجة.

أرز. 3

استكمل فريسنل مبدأ هويجنز بفكرة تداخل الموجات الثانوية.

وفق مبدأ هيجنز-فريسنلموجة الضوء متحمس من قبل بعض المصدر س، يمكن تمثيلها ك نتيجة تراكب الموجات الثانوية المتماسكة،"المنبعثة" من مصادر وهمية. يمكن أن تكون هذه المصادر، على سبيل المثال، عناصر متناهية الصغر لأي سطح مغلق يحيط بالمصدر س.إذا اخترت واحدة من الأسطح الموجية (سطح الموجة –هذا موضعالنقاط التي تحدث عندها التذبذبات في نفس الطور)، فإن جميع العناصر المتناهية الصغر لهذا السطح المغلق، مثل المصادر الوهمية، تعمل في الطور. تم استخدام خاصية المصادر الوهمية للموجات الثانوية المتماسكة بطريقة منطقة فريسنل في دراسة حيود الموجات الكروية.

طريقة منطقة فريسنل.دعونا نجد عند نقطة تعسفية مسعة موجة الضوء التي تنتشر منها نقطه المصدرسفيتا س(الشكل 21).

أرز. 21

كسر فريسنل سطح الموجة Fوهو سطح كروي مركزه النقطة س، إلى مناطق حلقية (مناطق فريسنل) بحجم بحيث تكون المسافات من حواف المناطق المجاورة إلى النقطة ماختلف بها ل/2 (الشكل 21). منذ التذبذبات من المناطق المجاورة تنتقل إلى هذه النقطة متختلف المسافات ل/2 ثم إلى هذه النقطة مأنها تأتي في الطور المضاد، وعندما يتم فرضها، تضعف بعضها البعض. ولذلك السعة أ م:

أين أ 1 ، أ 2 ، ...، ن- سعة التذبذبات القادمة من الأول والثاني، ... ، ن-المنطقة.

ونتيجة للإضافة، والسعة أاهتزاز الضوء الناتج عند نقطة ما متبين أنه يساوي النصفالسعات أ 1 المنطقة المركزيةفريسنل:

وهذا يعني أن سعة اهتزاز الضوء القادم من منطقة فريسنل المركزية واحدة فقط هي ضعف سعة اهتزاز الضوء الناتج مع جبهة موجة مفتوحة بالكامل. تم تأكيد هذا التأثير تجريبيا باستخدام لوحات المنطقة,ومن الناحية العملية، تم إنشاء الألواح الزجاجية باستخدام طريقة منطقة فريسنل. تتكون لوحات المنطقة من حلقات متحدة المركز شفافة (لمناطق فريسنل الفردية) وغير شفافة (لمناطق فريسنل الزوجية). في هذه الحالة، السعة الناتجة أ(أ=أ 1 +أ 3 +أ 5 +... ) أكبر من وجود جبهة موجة مفتوحة تمامًا. لقد أكدت التجربة أن لوحات المنطقة تزيد الإضاءة عند نقطة ما م،يتصرف مثل العدسة المتقاربة.

حيود فريسنل بواسطة ثقب دائري.موجة كروية تنتشر من مصدر نقطي س،يلتقي بثقب دائري في طريقه (الشكل 22). يعتمد نمط الحيود على الشاشة على عدد مناطق فريسنل المفتوحة بواسطة ثقب دائري. بعد كسر الجزء المفتوح من سطح الموجة Fإلى مناطق فريسنل لنقطة واحدة فيملقاة على الشاشة (الشكل 22)، حدد عدد المناطق المفتوحة. إذا كان عدد مناطق فريسنل المفتوحة زوجيًا، عند هذه النقطة فيوقد لوحظت بقعة مظلمة، لأن التذبذبات الصادرة عن كل زوج من مناطق فريسنل المجاورة تلغي بعضها البعض. إذا كان عدد مناطق فريسنل المفتوحة فرديًا، عند هذه النقطة فيستكون هناك نقطة مضيئة.

حيود فريسنل على القرص.موجة كروية تنتشر من مصدر نقطي س،يلتقي بالقرص في طريقه (الشكل 23). دعونا لنقطة فيملقاة على الخط الذي يربط المصدر سمع مركز القرص، بعد كسر سطح الموجة Fسيتم إغلاق مناطق فريسنل بواسطة القرص ممناطق فريسنل الأولى. ثم السعة أ التذبذب الناتجعند هذه النقطة فيمساوي ل: ، أي في هذه النقطة فيستكون هناك نقطة ضوئية تتوافق مع حركة نصف منطقة فريسنل المفتوحة الأولى.

1. موجة خفيفة. تدخل الضوء. التماسك (الزماني والمكاني) وأحادية موجات الضوء. شروط الحد الأقصى والحد الأدنى من الشدة أثناء التداخل.

موجة خفيفة - موجه كهرومغناطيسيةنطاق الطول الموجي المرئي. يحدد تردد موجة الضوء (أو مجموعة الترددات) "اللون". تتناسب الطاقة المنقولة بواسطة موجة الضوء مع مربع سعتها. تسمى ظاهرة تكوين نطاقات متناوبة ذات شدة ضوئية متزايدة ومتناقصة التشوش.يحدث تداخل الضوء عندما يتم تراكب شعاعين أو أكثر من الضوء على بعضهما البعض. منطق- التدفق المنسق في الزمان والمكان لعدة تذبذبات أو العمليات الموجية. يتم التعبير عن التماسك في الثبات أو العلاقة المنتظمة بين المراحل والترددات والاستقطابات واتساع هذه الموجات. التماسك الزمني- الحالة التي تنتقل فيها الموجات الضوئية طوال فترة وجودها هذه المنطقةفي الفضاء في نفس الوقت. التماسك المكاني - حالة لا تكون فيها موجات الضوء التي تمر عبر الفضاء بالضرورة بنفس التردد، ولكنها متساوية في الطور. موجات أحادية اللون- موجات غير محدودة في الفضاء ذات تردد واحد محدد وثابت تمامًا.

إذا كان فرق المسار يساوي عدد صحيح من الأطوال الموجية في الفراغ

ومن ثم، فإن التذبذبات المثارة عند النقطة P بواسطة الموجتين ستحدث في نفس المرحلة. ولذلك، (8.1.3) هو حالة التدخل القصوى.

إذا كان الفرق المسار البصري

(8.1.4)

ومن ثم، فإن التذبذبات المثارة عند النقطة P بواسطة كلتا الموجتين ستحدث في الطور المضاد. ولذلك، (8.1.4) هو الشرط للحد الأدنى من التدخل.

2. طرق الحصول على موجات متماسكة. تداخل الضوء في الأغشية الرقيقة.

مصادر الحرارة غير متماسكة مع بعضها البعض. لإنتاج موجات ضوئية متماسكة، يتم تقسيم الموجة المنبعثة من مصدر ضوئي واحد إلى قسمين، ثم يتم تجميع الموجات الناتجة معًا في منطقة من الفضاء تسمى منطقة التداخل.

تجربة يونغ

و مصدر الضوء هو الشق المضيء S، الذي تسقط منه موجة الضوء على شقين الفجوات الضيقة س 1 و س 2، مضاءة بأجزاء مختلفة من نفس جبهة الموجة (الشكل 1.5). عند مروره عبر كل من الشقين، يتسع شعاع الضوء بسبب الحيود، وبالتالي، على شاشة بيضاء P، تمر أشعة الضوء عبر الشقين س 1 و س 2، متداخلة. وفي المنطقة التي تداخلت فيها أشعة الضوء، لوحظ نمط تداخل على شكل خطوط فاتحة وخطوط داكنة متناوبة.

منشورات فريسنل

د لفصل موجة الضوء، يتم استخدام منشور مزدوج (biprism) ذو زاوية انكسار صغيرة. مصدر الضوء عبارة عن شق مضاء بشكل ساطع وموازي للحافة الانكسارية للمنشور. ونظراً لصغر زاوية انكسار المنشور الثنائي (عدة دقائق قوسية)، تنحرف جميع الأشعة بنفس الزاوية، بغض النظر عن زاوية السقوط، ويحدث الانحراف باتجاه قاعدة كل من المنشورين اللذين يتكون منهما المنشور. biprism. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل موجتين متماسكتين، تنبثقان فعليًا من مصادر وهمية وتقعان في نفس المستوى مع مصدر حقيقي

مرآة فريسنل

في إعداد مرآة فرينل الثنائية، يتم الحصول على موجتين متماسكتين من خلال الانعكاس من مرآتين، تشكل مستوياتهما زاوية ثنائية السطوح، حيث تكون زاوية صغيرة جدًا. المصدر عبارة عن شق ضيق مضاء موازي للوجه زاوية زوجية. تسقط الأشعة المنعكسة من المرايا على الشاشة E، وفي منطقة التداخل PQ يظهر نمط التداخل على شكل خطوط موازية للشق.

تداخل الضوء في الأغشية الرقيقة:

عند إضاءة فيلم رقيق، يمكن ملاحظة تداخل موجات الضوء المنعكسة من الأسطح العلوية والسفلية للأفلام. بالنسبة للضوء الأبيض، وهو مزيج من الموجات الكهرومغناطيسية من الطيف البصري بأكمله، تكتسب أهداب التداخل اللون.

تتأخر إحدى الموجات (التي تدخل الفيلم) عن الأخرى. يتم تشكيل الفرق في الدورة بين الأمواج. وإذا كان اختلاف المسار هذا متغيراً في الفضاء، يتم تهيئة الظروف لمراقبة نطاقات التداخل. يمكن ملاحظة التداخل في الأغشية الرقيقة بطريقتين. تعتمد إحدى الطرق على حقيقة أن الفيلم له سماكات مختلفة في أماكن مختلفة، بينما تعتمد الطريقة الأخرى على حقيقة أن الضوء يمكن أن يسقط على الفيلم بزوايا مختلفة. الطريقة الأولى تنتج ما يسمى شرائح متساوية السماكة، والثانية - شرائح متساوية الميل.

3. تطبيقات التداخل: مقاييس التداخل، مسح البصريات.

تعود ظاهرة التداخل إلى الطبيعة الموجية للضوء؛ تعتمد أنماطها الكمية على الطول الموجي. ولذلك، يتم استخدام هذه الظاهرة لتأكيد الطبيعة الموجية للضوء وقياس الأطوال الموجية (مطياف التداخل).

مقياس التداخل - جهاز قياسالذي يعتمد مبدأ تشغيله على ظاهرة التداخل. مبدأ تشغيل مقياس التداخل هو كما يلي: الشعاع الاشعاع الكهرومغناطيسي(الضوء وموجات الراديو وما إلى ذلك) بمساعدة جهاز أو آخر يتم تقسيمها مكانيًا إلى قسمين أو كمية كبيرةعوارض متماسكة. تمر كل حزمة من الحزم عبر مسارات بصرية مختلفة وتعود إلى الشاشة، مما يؤدي إلى إنشاء نمط تداخل يمكن من خلاله تحديد تحول الطور للحزم

تستخدم مقاييس التداخل على حد سواء قياسات دقيقةالأطوال، خاصة في الأدوات الآلية والهندسة الميكانيكية، ولتقييم جودة الأسطح البصرية واختبار الأنظمة البصرية بشكل عام.

طلاء البصريات- هذا تطبيق على سطح العدسات المحاذية للهواء، أنحف فيلمأو عدة أفلام واحدة فوق الأخرى. وهذا ضروري لزيادة انتقال الضوء النظام البصري. معامل انكسار هذه الأفلام أقل من معامل انكسار زجاج العدسة. تعمل الأفلام المضادة للانعكاس على تقليل تشتت الضوء وانعكاس الضوء الساقط من سطح العنصر البصري، وبالتالي تحسين انتقال ضوء النظام والتباين

صورة بصرية.

4. مفهوم حيود الضوء. مبدأ هيجنز فريسنل. طريقة منطقة فريسنل. الانتشار المستقيم للضوء.

حيود الضوءهي ظاهرة انحراف الضوء عن الاتجاه المستقيم لانتشاره عند المرور بالقرب من العوائق. إذا كان هناك عائق دائري في مسار شعاع ضوئي متوازي (قرص مستدير أو كرة أو ثقب دائري في شاشة معتمة)، فسيظهر نمط حيود على شاشة تقع على مسافة كبيرة بما فيه الكفاية من العائق - أ نظام حلقات الضوء والظلام بالتناوب. إذا كان العائق خطيًا (شق، خيط، حافة الشاشة)، فسيظهر على الشاشة نظام من حواف الحيود المتوازية.

ص مبدأ هيجنز فريسنليسمح لنا بشرح آلية انتشار الموجة. يتكون المبدأ من جزأين:

الجزء الاوليسمى مبدأ هيجنز (1678). وجوهرها هو أن كل نقطة على السطح تصل إليها موجة ضوئية هي مصدر ثانوي لموجات الضوء. النقطة التي تغلف الموجات الثانوية تصبح سطح موجة في اللحظة التالية من الزمن.

جزء ثانيسمى المبدأ مبدأ (إضافة) فريسنل (1815). الأمر كالتالي: يمكن اعتبار كل عنصر من عناصر جبهة الموجة مركزًا لاضطراب ثانوي يولد موجات كروية ثانوية، وسيتم تحديد المجال الضوئي الناتج عند كل نقطة في الفضاء من خلال تداخل هذه الموجات.

رياضيا، مبدأ هيغنز-فريسنل له ما يبرره في الشكل نظرية التكاملكيرتشوف.

طريقة منطقة فريسنل:اقترح فريسنل طريقة لتقسيم مقدمة الموجة إلى مناطق حلقية، والتي سميت فيما بعد بطريقة منطقة فريسنل.

دع موجة كروية أحادية اللون تنتشر من مصدر الضوء S، P هي نقطة المراقبة. يمر سطح موجة كروية عبر النقطة O. إنه متماثل بالنسبة للخط المستقيم SP.

ر دعونا نقسم هذا السطح إلى مناطق حلقية I، II، III، إلخ. بحيث تختلف المسافات من حواف المنطقة إلى النقطة P بمقدار نصف طول موجة الضوء. تم اقتراح هذا التقسيم بواسطة O. Fresnel وتسمى المناطق بمناطق Fresnel.

لنأخذ نقطة تعسفية 1 في منطقة فريسنل الأولى. توجد في المنطقة II، بموجب قاعدة إنشاء المناطق، نقطة مقابلة لها بحيث يكون الفرق في مسارات الأشعة الواصلة إلى النقطة P من النقطتين 1 و 2 مساوياً لـ l/2. ونتيجة لذلك، فإن التذبذبات من النقطتين 1 و 2 تلغي بعضها البعض عند النقطة P.

ويترتب على الاعتبارات الهندسية أنه إذا لم يكن عدد المناطق كبيرًا جدًا، فإن مساحاتها تكون متساوية تقريبًا. وهذا يعني أنه لكل نقطة في المنطقة الأولى هناك نقطة مقابلة في المنطقة الثانية، والتي تلغي اهتزازاتها بعضها البعض. يتناقص اتساع التذبذب الناتج الذي يصل إلى النقطة P من المنطقة رقم m مع زيادة m، أي.

عند إضافة هذه التذبذبات، يجب أن يضعف كل منهما الآخر:

قانون الانتشار المستقيم للضوء -في الوسط الشفاف المتجانس، ينتقل الضوء في خطوط مستقيمة.

5. حيود فراونهوفر صريف الحيود.

يسمى نوع الحيود الذي يتشكل فيه نمط الحيود بواسطة حزم متوازية حيود فراونهوفر.

أحادي البعد صريف الحيودهو نظام ذو عدد كبير N متساوي العرض و صديق موازيبعضها البعض من الشقوق في الشاشة، مفصولة أيضًا بمساحات معتمة متساوية العرض

يتم تحديد نمط الحيود على الشبكة كنتيجة للتداخل المتبادل للموجات القادمة من جميع الشقوق، أي. في محزوز الحيود، يحدث تداخل متعدد الحزم لحزم ضوئية متماسكة قادمة من جميع الشقوق.

أرز. 9.6 الشكل. 9.7

دع الشعاع 1 يسقط على العدسة بزاوية φ (زاوية الحيود). موجة الضوء القادمة بهذه الزاوية من الشق تخلق أقصى شدة عند هذه النقطة. أما الشعاع الثاني القادم من الشق المجاور بنفس الزاوية φ فسوف يصل إلى نفس النقطة. ستصل كلتا الحزمتين في الطور وستعززان بعضهما البعض إذا كان فرق المسار البصري يساوي m:

ستبدو الحالة القصوى لمحزوز الحيود كما يلي:

حيث م = ± 1، ± 2، ± 3، … .

تسمى الحدود القصوى المقابلة لهذا الشرط بالحد الأقصى الرئيسي. تسمى قيمة m المقابلة لحد أقصى أو آخر بترتيب الحد الأقصى للحيود.

عند النقطة F0، سيتم دائمًا ملاحظة الحد الأقصى للحيود المركزي أو الصفر.

بما أن الضوء الساقط على الشاشة يمر فقط من خلال الشقوق الموجودة في محزوز الحيود، فإن الشرط الأدنى للشق سيكون شرط الحد الأدنى للحيود الرئيسي للمحزوز:

بالطبع متى عدد كبيرالشقوق، عند نقاط الشاشة المقابلة للحد الأدنى للحيود الرئيسي، سيدخل الضوء من بعض الشقوق وسيتشكل هناك الحد الأقصى والحد الأدنى للحيود الثانوي (الشكل 9.7). لكن شدتها منخفضة مقارنة بالحد الأقصى الرئيسي (≈ 1/22).

بشرط سيتم إلغاء الموجات المرسلة من كل شق نتيجة للتداخل وستظهر حدود دنيا إضافية.

يحدد عدد الشقوق التدفق الضوئي عبر الشبكة. كلما زاد عددها، كلما زادت الطاقة التي تنتقل عبر الموجة من خلالها. علاوة على ذلك، من عدد أكبرالفجوات، كلما تم وضع الحد الأدنى الإضافي بين الحدود القصوى المجاورة. وبالتالي فإن الحد الأقصى سيكون أضيق وأكثر كثافة:

تداخل موجات الضوء

خصائص الموجةتكشف الأضواء عن نفسها بوضوح أكبر التشوشو الانحراف. هذه الظواهر مميزة للموجات من أي نوع، ويمكن ملاحظتها بسهولة نسبيًا تجريبيًا للموجات الموجودة على سطح الماء أو للموجات الصوتية. لا يمكن ملاحظة تداخل موجات الضوء وحيودها إلا في ظل ظروف معينة. الضوء المنبعث من المصادر التقليدية (غير الليزر) ليس أحادي اللون بشكل صارم. ولذلك، لمراقبة التداخل، يجب تقسيم الضوء من مصدر واحد إلى شعاعين ثم فرضهما على بعضهما البعض.

المجهر التداخلي.

موجود الأساليب التجريبيةويمكن تقسيم الحصول على حزم متماسكة من شعاع ضوئي واحد إلى فئتين.

في طريقة تقسيم واجهة الموجة على سبيل المثال، يتم تمرير الشعاع من خلال فتحتين متقاربتين في شاشة معتمة (تجربة يونج). هذه الطريقة مناسبة فقط لأحجام المصادر الصغيرة بدرجة كافية.

وفي طريقة أخرى، يتم تقسيم الحزمة إلى واحد أو أكثر من الأسطح العاكسة جزئيًا والناقلة جزئيًا. هذه الطريقة أقسام السعة ويمكن أيضا أن تستخدم مع مصادر موسعة. إنه يوفر كثافة أكبر ويشكل أساس تشغيل مجموعة متنوعة من مقاييس التداخل. اعتمادًا على عدد الحزم المسببة للتداخل، يتم التمييز بين مقاييس التداخل ثنائية الشعاع ومتعددة الحزم. لديهم أهمية تطبيقات عمليةفي الهندسة والمقاييس والتحليل الطيفي.

دع موجتين من نفس التردد، متراكبتين على بعضهما البعض، تثيران تذبذبات في نفس الاتجاه عند نقطة ما في الفضاء:

حيث تحت سفهم التوتر الكهربائي هوالمغناطيسية حالحقول الموجية، التي تخضع لمبدأ التراكب (انظر الفقرة 6).

سيتم العثور على سعة التذبذب الناتج عند إضافة التذبذبات الموجهة على طول خط مستقيم واحد باستخدام الصيغة (2.2.2):

إذا كان فرق الطور من التذبذبات,متحمس للأمواج في مرحلة ما في الفضاء,تبقى ثابتة مع الزمن، ثم تسمى هذه الموجات متماسك.

متى غير متماسكالموجات، يتغير فرق الطور باستمرار، ويأخذ أي قيم ذات احتمالية متساوية، ونتيجة لذلك تكون القيمة المتوسطة للوقت صفر (تتراوح من -1 إلى +1). لهذا السبب.

تتناسب شدة الضوء مع مربع سعته: . ومن هذا يمكننا أن نستنتج ذلك بالنسبة للمصادر غير المتماسكة، تكون شدة الموجة الناتجة هي نفسها في كل مكان وتساوي مجموع الشدة الناتجة عن كل موجة على حدة:

يسمى الحد الأخير في هذا التعبير مصطلح التدخل .

عند نقاط في الفضاء حيث، (في الحد الأقصى)، حيث، الشدة (في الحد الأدنى). وبالتالي، عندما يتم تراكب موجتين ضوئيتين (أو عدة) متماسكتين، يحدث إعادة توزيع مكاني لتدفق الضوء، مما يؤدي إلى الحد الأقصى للكثافة في بعض الأماكن والحد الأدنى للكثافة في أماكن أخرى. وتسمى هذه الظاهرة تداخل الضوء .

ولا يمكن الحصول على نمط تداخل مستقر إلا بإضافة موجات متماسكة. التنافر مصادر طبيعيةيرجع الضوء إلى أن إشعاع الجسم يتكون من موجات تنبعث من عدة ذرات . مراحل كل منها قطار الموجة لا ترتبط ببعضها البعض بأي شكل من الأشكال . تنبعث الذرات بطريقة فوضوية.

التسلسل الدوري لقمم وقيعان الأمواج,تتشكل أثناء فعل إشعاع ذرة واحدة,مُسَمًّى قطار الموجةأو قطار الموجة.

تستغرق عملية إشعاع ذرة واحدة حوالي ثانية. في هذه الحالة، طول القطار.

تناسب الأطوال الموجية تقريبًا قطارًا واحدًا.

النظرية الموجية للضوء

النظرية الموجية للضوء- إحدى النظريات التي تشرح طبيعة الضوء. يعتمد الموقف الرئيسي للنظرية على حقيقة أن الضوء له طبيعة موجية، أي أنه يتصرف مثل الموجة الكهرومغناطيسية (التي يحدد طولها لون الضوء الذي نراه).

تم تأكيد النظرية من خلال العديد من التجارب (على وجه الخصوص، تجربة T. Young)، ويتم ملاحظة سلوك الضوء هذا (في شكل موجة كهرومغناطيسية) في ظواهر فيزيائية مثل تشتت الضوء وحيوده وتداخله. ومع ذلك، العديد من الآخرين الظواهر الفيزيائيةالمرتبطة بالضوء، ولا يمكن تفسيرها من خلال النظرية الموجية وحدها.

النظرية تنشأ من Huygens. فهو يعتبر الضوء مجموعة من الموجات الكهرومغناطيسية المستعرضة أحادية اللون، والمؤثرات البصرية المرصودة نتيجة تداخل هذه الموجات. ويعتقد أنه في حالة عدم انتقال الطاقة الإشعاعية إلى أنواع أخرى من الطاقة، فإن هذه الموجات لا تؤثر على بعضها البعض بمعنى أنه بعد أن تسببت في ظاهرة التداخل في منطقة معينة من الفضاء، تستمر الموجة في الانتشار أكثر دون تغيير خصائصه. لقد وجدت النظرية الموجية للإشعاع الكهرومغناطيسي طريقها الوصف النظريفي أعمال ماكسويل في شكل معادلات ماكسويل. إن استخدام فكرة الضوء كموجة يجعل من الممكن تفسير الظواهر المرتبطة بالتداخل والحيود، بما في ذلك البنية مجال الضوء(التصوير والتصوير المجسم).

أنظر أيضا

مؤسسة ويكيميديا. 2010.

انظر ما هي "النظرية الموجية للضوء" في القواميس الأخرى:

النظرية الموجية للضوء- عرض الحالات النظرية لملفات تعريف الارتباط: engl. النظرية المتموجة للضوء؛ نظرية موجة الضوء vok. Wellentheorie des Lichtes، f rus. النظرية الموجية للضوء، ف برانك. théorie ondulatoire de la lumière, f … Fizikos terminų žodynas

الضوء هو إحدى النظريات التي تشرح طبيعة الضوء. يعتمد الموقف الرئيسي للنظرية على حقيقة أن الضوء له طبيعة موجية، أي أنه يتصرف مثل الموجة الكهرومغناطيسية (التي يحدد طولها لون الضوء الذي نراه). نظرية... ... ويكيبيديا

القسم المادي البصريات، الذي يدرس مجمل الظواهر التي تظهر فيها الموجات. طبيعة الضوء. أفكار حول الأمواج. تعود عملية إعادة نشر الضوء إلى أعمال جول المبدعة. العلماء الطابق الثاني القرن ال 17 عاشرا هيغنز. مخلوقات تطوير V.o.... ... الموسوعة الفيزيائية

الشكل الأكثر تطوراً للتنظيم معرفة علميةمما يعطي فكرة شاملة عن الأنماط والارتباطات المهمة لمنطقة الواقع المدروسة. أمثلة على T.n. نكون الميكانيكا الكلاسيكية I. نيوتن والجسيمية والموجة ... ... الموسوعة الفلسفية

- (من النظرية اليونانية للملاحظة والنظر والبحث) الشكل الأكثر تطوراً لتنظيم المعرفة العلمية، مما يعطي فكرة شاملة عن الأنماط والارتباطات الأساسية لمنطقة معينة من الواقع. أمثلة على T. هي ... ... قاموس المصطلحات المنطقية

نظرية تأخذ في الاعتبار جميع أنواع الاهتزازات، وتجريدها منها الطبيعة الفيزيائية. لهذا الغرض يتم استخدام الجهاز حساب التفاضل. المحتويات 1 الاهتزازات التوافقية... ويكيبيديا

سطح الموجة هو الموقع الهندسي للنقاط التي تعاني من اضطراب في الإحداثيات المعممة في نفس المرحلة. إذا كان مصدر الموجة نقطة، فإن سطوح الموجة في فضاء متجانس ومتناحي هي... ... ويكيبيديا

ميكانيكا الكم ويكيبيديا

قسم نظرية اللدونة في الميكانيكا الأستمراريةوالتي تهدف إلى تحديد الضغوط والإزاحات في الجسم المشوه خارج حدود المرونة. بالمعنى الدقيق للكلمة، في نظرية اللدونة يفترض أن حالة الإجهاد... ... ويكيبيديا

ميكانيكا الاستمرارية ويكيبيديا

كتب

• النظرية الموجية للضوء، ستروت ج. دبليو. النظرية الموجية للضوء بقلم جون ويليام ستروت، اللورد رايلي (بالأصح رايلي)، كتبها في مقال للطبعة التاسعة من الموسوعة البريطانية في عام 1888. ماجستير في التحليل العميق والدقيق...

وفي الوقت نفسه انتبه نيوتن إلى ما عبر عنه العالم الهولندي هـ. هويجنز نظرية الموجةضوء (1690). اقترح هيغنز أن الفضاء مملوء بمادة معينة - الأثير، وعلى أساس الأثير، تم بناء أ نظرية جديدةسفيتا. لقد قامت بعمل رائع في شرح الكثير من الأشياء المختلفة الظواهر البصريةبل وتنبأ ببعض ما تم اكتشافه لاحقًا - باختصار، تبين أنها فرضية جيدة. باستثناء واحد: يجب أن يكون الأثير مزودًا بخصائص متناقضة يرفض العقل تصديقها. من ناحية، اللامادية الكاملة (حتى لا تتداخل مع حركة الكواكب)، ومن ناحية أخرى، المرونة أكبر بآلاف المرات من مرونة أفضل أنواع الفولاذ (وإلا فلن ينتشر الضوء بالسرعة المطلوبة). كونافين م.س. المفاهيم العلوم الطبيعية الحديثة: درس تعليمي. دار نشر - أوفا، 2003. - ص 149

باستخدام فكرة الأثير المرن المضيء، اعتبر هيغنز أن الانتشار فيه ليس موجات، بل نبضات معينة. ومع ذلك فقد أسس مبدأ الموجةوالذي يحمل اسمه الآن وهو جزء منه الكتب المدرسية الحديثة. قلة الفهمهذه الطبيعة، كما هو معروف، لم تسمح لهيغنز بشرح طبيعته التجارب الخاصةعن طريق الانكسار المزدوج، حيث يتم تمرير شعاع من الضوء بالتتابع عبر بلورتين. لاحظ هيغنز كيف أن الأشعة العادية وغير العادية الخارجة من البلورة الأولى تتصرف بشكل مختلف في البلورة الثانية، اعتمادًا على الاتجاه النسبي للبلورات. في بعض الحالات، ينقسم كل شعاع مرة أخرى إلى شعاعين. وفي حالات أخرى، لم يحدث "انقسام" جديد للأشعة؛ في هذه الحالة، فإن الشعاع العادي الخارج من البلورة الأولى إما ظل شعاعًا عاديًا في البلورة الثانية، أو (مع اتجاه مختلف للبلورات) تصرف كشعاع غير عادي. تصرف الشعاع الاستثنائي الذي خرج من البلورة الأولى بشكل مماثل. لم يتمكن هيغنز من تفسير النتائج التي تم الحصول عليها، لأنه لم يكن يعرف (ولم يجرؤ حتى على الافتراض) أن موجات الضوء مستعرضة. وكانت تجاربه كافية لاكتشاف استقطاب الضوء. يكفي، ولكن يخضع لفهم أعمق لطبيعة الضوء. لم يكن هناك مثل هذا الفهم، وبالتالي لم يتم اكتشاف الاستقطاب (تم اكتشاف الاستقطاب بعد أكثر من مائة عام فقط). تاراسوف إل. مقدمة ل البصريات الكمومية. - م.: تخرج من المدرسه، 1987.-ص. 10

الاهتمام بالمشاكل البصرية في أوائل التاسع عشرالخامس. تمليه تطور عقيدة الكهرباء والكيمياء وهندسة البخار. ويبدو من المحتمل جدًا أن يكون هناك شيء مشترك في طبيعة الحرارة والضوء والكهرباء. فتح ودراسة الصور التفاعلات الكيميائيةالتفاعلات الكيميائية مع إطلاق الحرارة والضوء والحرارة و الإجراءات الكيميائيةالكهرباء - كل هذا جعلنا نعتقد أن دراسة الضوء ستكون مفيدة في حل المشكلات العلمية والعملية المهمة.

في القرن ال 18 والتزم به الغالبية العظمى من العلماء النظرية الجسيميةالضوء، وهو ما يفسر بشكل جيد العديد من الظواهر البصرية، ولكن ليس كلها. في بداية القرن التاسع عشر. إن قضايا التداخل والحيود واستقطاب الضوء، والتي تم شرحها بشكل غير مرض من خلال النظرية الجسيمية، دخلت مجال رؤية الفيزيائيين. وهذا يؤدي إلى إحياء الأفكار التي تبدو منسية في مجال البصريات الموجية. الشيء الحقيقي يحدث في مجال البصريات. ثورة علميةوالتي انتهت بانتصار النظرية الموجية للضوء على النظرية الجسيمية.

أول من دافع عن النظرية الموجية للضوء كان عام 1799. طبيب إنجليزيتي يونج، متعدد الاستخدامات المثقف، شارك في البحث في مجالات الرياضيات والفيزياء والميكانيكا وعلم النبات وما إلى ذلك، وكان لديه معرفة واسعة في الأدب والتاريخ، وفعل الكثير لفك رموز الهيروغليفية المصرية. انتقد يونج النظرية الجسيمية للضوء، مشيرًا إلى الظواهر التي لا يمكن تفسيرها من مواقعها، على وجه الخصوص، نفس السرعاتطرد الجسيمات الخفيفة بواسطة ضعيفة و مصادر قويةوكذلك حقيقة أنه عند الانتقال من وسط إلى آخر، ينعكس جزء من الأشعة باستمرار، والآخر ينكسر باستمرار. اقترح يونج اعتبار الضوء حركة متذبذبة لجسيمات الأثير: “… الأثير المضيء، في درجة عاليةمتخلخلة ومرنة، تملأ الكون... الحركات التذبذبيةمتحمسون لهذا الأثير في كل مرة يبدأ فيها الجسم بالتوهج." لقد أثبت الطبيعة الموجية للضوء في المقام الأول من خلال ظاهرة تداخل الضوء.

تجربة توضح ظاهرة تداخل الضوء هي كما يلي. يتم ثقب فتحتين صغيرتين في الشاشة مسافة قريبةمن بعضها البعض وإضاءتها ضوء الشمستمر عبر الفتحة الموجودة في النافذة. يتم وضع شاشة ثانية خلف هذه الشاشة، حيث يسقط عليها مخروطان ضوئيان يتشكلان خلف الشاشة الأولى. وحيثما تتداخل هذه المخاريط، تظهر الخطوط الفاتحة والداكنة على الشاشة الثانية. ومن إضافة النور إلى النور يتشكل الظلام! اقترح يونج بشكل صحيح أن العصابات المظلمة تتشكل حيث تمتص قمم موجات الضوء بعضها البعض. إذا قمت بإغلاق ثقب واحد، تختفي الخطوط، وتظهر حلقات الحيود فقط على الشاشة. ومن خلال قياس المسافة بين الحلقات، حدد يونج الأطوال الموجية للأحمر والبنفسجي والعديد من الألوان الأخرى. كما نظر في بعض حالات حيود الضوء. وأوضح ظهور هامش الحيود بتداخل موجتين: إحداهما تنتقل مباشرة والأخرى تنعكس من حافة عائق. بالإضافة إلى ذلك، فقد قدم تخمينًا مهمًا مفاده أن ظاهرة استقطاب الضوء ممكنة فقط إذا كانت موجة الضوء مستعرضة وليست طولية.

على الرغم من أن عمل يونج قدم دليلاً لصالح النظرية الموجية للضوء، إلا أنه لم يؤد إلى التخلي عن النظرية الجسيمية، التي استمرت في الهيمنة على علم البصريات.

في عام 1815، تحدث العالم الفرنسي O. فريسنل ضد النظرية الجسيمية. بعد التخرج مدرسة البوليتكنيكفي باريس عمل في المقاطعات كمهندس في وضع وإصلاح الطرق، وفي وقت فراغكان يدرس بحث علمي. أصبح مهتمًا بقضايا البصريات وتوصل بشكل مستقل إلى استنتاج مفاده أن النظرية الموجية للضوء ليست صحيحة. في عام 1818، جمع فريسنل النتائج التي تم الحصول عليها وقدمها في ورقة بحثية عن حيود الضوء، مقدمة لمسابقة أعلنتها الأكاديمية الفرنسية للعلوم.

يعتبر عمل فريسنل لجنة خاصةكجزء من جي بي. السيرة الذاتية، د.ف. أراجو ، ملاحظة. لابلاس، ج.ل. جاي لوساك و إس.دي. بواسون - أنصار النظرية الجسيمية. لكن نتائج عمل فريسنل كانت متسقة مع التجربة لدرجة أنه كان من المستحيل رفضها ببساطة. وأشار بواسون إلى أنه يمكن استنتاج نتيجة طبيعية من نظرية فريسنل التي تتعارض الفطرة السليمة: كما لو كان يجب أن تكون هناك نقطة ضوئية في وسط الظل من شاشة مستديرة. وهذا "التناقض" أكدته التجربة: فقد تحول الاعتراض إلى نقيضه. أدركت اللجنة في النهاية صحة نتائج نظرية موجة فريسنل ومنحته جائزة. ومع ذلك، لم تصبح نظرية فريسنل مقبولة بشكل عام بعد، واستمر معظم الفيزيائيين في الالتزام بالآراء القديمة. بلانك الجسيمي ذو الموجة الخفيفة

كان الوتر الأخير في الصراع بين النظريتين الجسيمية والموجية للضوء هو نتائج قياس سرعة الضوء في الماء. وفقا للنظرية الجسيمية، يجب أن تكون سرعة الضوء في وسط أكثر كثافة بصريا أكبر منها في وسط أقل كثافة بصريا، ووفقا للنظرية الموجية، والعكس صحيح. في عام 1850، اكتشف الفيزيائيون الفرنسيون جي.بي.إل. فوكو وإيه. أظهر فيزو، بقياس سرعة الضوء باستخدام مرآة دوارة، أن سرعة الضوء في الماء أقل منها في الهواء، وبالتالي أكد أخيرًا النظرية الموجية للضوء. بحلول منتصف القرن التاسع عشر. لم يتبق سوى عدد قليل من أتباع النظرية الجسيمية للضوء. نيديش ف.م. مفاهيم العلوم الطبيعية الحديثة: كتاب مدرسي. -- إد. الثاني، المنقحة وإضافية - م: ألفا-م؛ إنفرا-م، 2004. - ص 228

مواصلة المناقشات المفيدة

ومن فكرة الضوء كحركة موجية للأثير جاءت أوغسطين فريسنل. في البداية كان يعمل في البرية الريفية، ولم يكن على دراية بتجارب يونغ، وكررها. وقد شرح فريسنل ظاهرة انحناء الضوء حول العوائق بنفس طريقة يونج، مواصلًا البحث الذي بدأه نيوتن.

ثم، العمل بالفعل في باريس، تلقى فريسنل المعادلات الرياضية، يصف بدقة العمليات البصرية التي تحدث عند حدود وسطين بصريين مختلفين.

ولدت من قبل فريسنل صيغ بسيطةلتحديد انعكاس العوازل الشفافة لا يزال يستخدم على نطاق واسع من قبل أخصائيي البصريات.

أنظر إلى انعكاسك في الماء، وتحدق من الوهج ضوء الشمستناثر من برك الربيع على الأسفلت، وتحول وجوه مختلفةقطعة من الزجاج، الميكا، البلاستيك، نحن، بالطبع، لا نعتقد أنه في بداية القرن الماضي، تم تغطية كل هذه الظواهر الشعرية المراوغة والدقيقة للطبيعة من قبل أوغسطين فريسنل قوانين صارمةوالصيغ.

درس فريسنل مع أراجو بالتفصيل سلوك الضوء في البلورات الشفافة.

في أحد الأيام، بعد تقرير فريسنل في أحد الاجتماعات الأكاديمية الفرنسيةعلوم انحناء الضوء حول العوائق، عالم الفيزياء والرياضيات الشهير بواسون، لمن النظرية الموجية للضوءيبدو غير مقنع، وذكر أنه إذا كان فريسنل على حق، فيجب ملاحظة بقعة ضوئية في وسط الظل المتكون على شاشة تقع على مسافة كافية من جسم مستدير غير شفاف.

فريسنل، الذي لم يلاحظ هذه البقعة من قبل، أجرى على الفور تجربة أثبتت أن النقطة المضيئة موجودة بالفعل، وقدم تقريرًا عنها في الاجتماع التالي للأكاديمية!

ومن خلال دراسة حساسية العين، وقياس أطياف انبعاث الشمس والمصابيح، ودراسة تركيبة ضوء الشمس المنعكس عن القمر، يكشف العلماء عن أسرار الطبيعة البصرية.

وكانوا في أفكارهم حول طبيعة الضوء أتباعًا للعالم الهولندي الرائع كريستيان هويجنزالذي يعتقد أن "... الضوء هو حركة المادة التي بيننا وبين الجسم المضيء".

في مقالته عن الضوء، المنشورة عام 1690، كتب هيغنز: «... عندما نرى جسمًا مضيءً، لا يمكن أن يكون ذلك بسبب انتقال المادة، التي تصل إلينا من هذا الجسم مثل رصاصة أو سهم يعبر الهواء، . .. يقودنا إلى ما نعرفه عن انتشار الصوت في الهواء يمكن أن يساعدنا في فهم كيفية انتقال الضوء.

غالبًا ما تتناقض أفكار هيجنز الموجية مع آراء نيوتن، الذي كتب عن الجسيمات، أو كما أسماها، "جسيمات" الضوء. وهذا ليس عادلا تماما، خاصة فيما يتعلق بإسحاق نيوتن، الذي كان يتحدث دائما بحذر عن طبيعة الظواهر، مفضلا الحديث فقط عن الحقائق الفيزيائية الراسخة.

هذا هو نيوتن النموذجي العبارة المحجوزة: “من العدل أن أستنتج من نظريتي حول مادية الضوء، لكني أفعل ذلك دون أي يقين مطلق…”

لفهم آلية الموجة بشكل أفضل، دعونا نفكر مرة أخرى في تجربة مثالية. لنفترض أن مساحة كبيرة مملوءة بالكامل بالماء أو الهواء أو أي "وسيط" آخر. في مكان ما في المركز توجد كرة (الشكل 40). في بداية التجربة لا توجد حركة على الإطلاق. وفجأة، تبدأ الكرة في "التنفس" بشكل إيقاعي، وتتوسع وتنكمش في الحجم، ولكنها تظل كروية الشكل طوال الوقت. ماذا يحدث في البيئة؟ لنبدأ نظرنا في اللحظة التي تبدأ فيها الكرة في التوسع. جزيئات الوسط الموجودة في على مقربةتجاه الكرة، تتنافر، بحيث تزداد كثافة طبقة الماء أو الهواء الملاصقة للكرة ضد نفسها قيمة عادية. وبنفس الطريقة، عندما يتم ضغط الكرة، فإن كثافة ذلك الجزء من الوسط الذي يحيط بالكرة مباشرة ستنخفض. تنتشر هذه التغييرات في الكثافة في جميع أنحاء البيئة. تخضع الجسيمات التي يتكون منها الوسط لاهتزازات صغيرة فقط، لكن الحركة الإجمالية هي حركة موجة منتشرة. والجديد هنا هو أننا للمرة الأولى نفكر في حركة شيء ليس مادة، بل طاقة تنتشر في المادة.

باستخدام مثال الكرة النابضة، يمكننا تقديم مفهومين فيزيائيين عامين مهمين لتوصيف الموجات. الأول هو السرعة التي تنتقل بها الموجة. سيعتمد ذلك على البيئة وسيكون مختلفًا، على سبيل المثال، بالنسبة للماء والهواء. المفهوم الثاني هو الطول الموجي -هذه هي المسافة من تعمق موجة إلى تعمق الموجة التالية، أو المسافة من قمة موجة إلى قمة الموجة التالية. امواج البحرلها طول موجي أطول من الأمواج الموجودة في النهر. في موجاتنا، التي تتشكل بسبب نبض الكرة، الطول الموجي هو المسافة التي يتم قطعها في لحظة معينة بين طبقتين كرويتين متجاورتين، والتي لها في نفس الوقت أقصى كثافة أو الحد الأدنى للقيمة. من الواضح أن هذه المسافة لا تعتمد فقط على البيئة. وبطبيعة الحال، سيكون لسرعة نبض الكرة تأثير كبير؛ وبالتالي فإن الطول الموجي سيكون أقصر إذا أصبح النبض أسرع، وأطول إذا أصبح النبض أبطأ.

تبين أن مفهوم الموجة ناجح جدًا في الفيزياء. إنه بالتأكيد مفهوم ميكانيكي. وتتلخص هذه الظاهرة في حركة الجزيئات التي، بحسب النظرية الحركية، تشكل مادة. وبالتالي، فإن أي نظرية تستخدم مفهوم الموجة يمكن، بشكل عام، اعتبارها نظرية ميكانيكية. وعلى وجه الخصوص، يعتمد تفسير الظواهر الصوتية بشكل كبير على هذا المفهوم. الأجسام المهتزة مثل الأحبال الصوتيةأو أوتار الكمان، هي مصادر للموجات الصوتية التي تنتشر في الهواء، كما هو الحال بالنسبة للموجات التي تولدها الكرة النابضة. وهكذا، باستخدام مفهوم الموجة، يمكن اختزال جميع الظواهر الصوتية إلى ظواهر ميكانيكية.

وقد سبق التأكيد على أنه يجب علينا أن نميز عن بعضنا البعض حركة الجزيئات وحركة الموجة نفسها، وهي حالة الوسط. الحركتان مختلفتان تمامًا، ولكن من الواضح أنه في مثالنا للكرة النابضة، تحدث كلتا الحركتين على نفس الخط المستقيم. وتهتز جزيئات الوسط في حدود صغيرة، وتزداد كثافتها وتنخفض دوريا وفقا لهذه الحركة. الاتجاه الذي تنتشر فيه الموجات والاتجاه الذي تحدث فيه الاهتزازات هو نفسه. وتسمى الموجات من هذا النوع طولية. لكن هل هذا النوع من الموجات هو الوحيد؟ لمزيد من المناقشات، من المهم أن نتصور بوضوح إمكانية وجود نوع آخر من الموجات، يسمى مستعرض.

دعونا نغير مثالنا السابق. دعونا لا يزال لدينا كرة، لكنها مغمورة في وسط من نوع مختلف: بدلا من الهواء أو الماء، يتم أخذ شيء مثل الهلام أو الهلام. علاوة على ذلك، لم تعد الكرة تنبض، بل تدور بزاوية صغيرة، أولاً في اتجاه واحد ثم في الاتجاه المعاكس، دائمًا بنفس الإيقاع وحول محور معين (الشكل 41). يلتصق الهلام بالكرة، وتضطر الجزيئات الملتصقة إلى متابعة حركتها. تجبر هذه الجسيمات الجسيمات الموجودة على مسافة أبعد قليلاً على تكرار نفس الحركة، وما إلى ذلك، بحيث يتم إنشاء موجة في الوسط. وإذا تذكرنا الفرق بين حركة الوسط وحركة الموجة، فإننا نرى ذلك في هذه الحالةمن الواضح أنها لا تتطابق. تنتشر الموجة في اتجاه نصف قطر الكرة، وتتحرك جزيئات الوسط بشكل عمودي على هذا الاتجاه. ولذلك، قمنا بإنشاء موجة عرضية.

الموجات التي تنتشر على سطح الماء تكون مستعرضة. يتحرك القابس العائم لأعلى ولأسفل، وتنتشر الموجة على طول مستوى أفقي. على الجانب الآخر، موجات صوتيةتعطينا أكثر مثال مشهورموجات طولية.

ملاحظة أخرى: الموجة الناتجة عن كرة نابضة أو متأرجحة في وسط متجانس هي موجة كروية. ويسمى ذلك لأنه في أي هذه اللحظةجميع نقاط البيئة الموجودة في أي مجال، المصدر المحيط، تتصرف بنفس الطريقة. دعونا نفكر في جزء من هذه الكرة على مسافة كبيرة من المصدر (الشكل 42). كلما أبعدنا عن المصدر مثل هذا الجزء من الكرة وكلما أخذنا الجزء الأصغر، كلما كان أكثر تشابهًا مع جزء من المستوى. دون أن نحاول أن نكون صارمين للغاية، يمكننا القول أنه لا يوجد فرق كبير بين جزء من المستوى وجزء من الكرة التي يكون نصف قطرها كبيرًا بما فيه الكفاية. في كثير من الأحيان نتحدث عن أجزاء صغيرة من موجة كروية، بعيدة عن مصدرها، كالموجات المستوية. كلما وضعنا جزء السطح المظلل في الشكل من مركز الكرة، وكلما صغرت الزاوية بين نصفي القطر، كلما اقتربت من فكرة الموجة المستوية. مفهوم الموجة الطائرة، مثل كثيرين آخرين المفاهيم الفيزيائية، ليس أكثر من مجرد تجريد لا يمكننا تنفيذه إلا من خلاله إلى حد مادقة. ومع ذلك فهو مفهوم مفيد وسنحتاجه لاحقا.

النظرية الموجية للضوء

دعونا نتذكر لماذا توقفنا عن وصف الظواهر البصرية. كان هدفنا هو تقديم نظرية أخرى للضوء، مختلفة عن النظرية الجسيمية، ولكن أيضًا نحاول شرح نفس مجال الحقائق. للقيام بذلك، كان علينا أن نقطع قصتنا ونقدم مفهوم الموجات. والآن يمكننا العودة إلى موضوعنا. أول من طرح نظرية جديدة تمامًا للضوء كان هويجنز المعاصر لنيوتن. وقال في رسالته في الضوء:

"وإضافة إلى ذلك، إذا استغرق الضوء بعض الوقت للانتقال - وهو ما سنتحقق منه الآن - فإن ذلك يترتب على أن هذه الحركة، المنقولة إلى المادة المحيطة، تتبع واحدة تلو الأخرى في الوقت المناسب؛ ولذلك، مثل الصوت، فإنه ينتقل في الأسطح الكروية والأمواج. أسميها أمواجاً لتشابهها مع الأمواج التي تتشكل على الماء عند رمي حجر فيه، وهي دوائر تتوسع بشكل متتابع، مع أنها تنشأ لسبب مختلف، وهي لا تكون إلا على سطح مستو.

وفقا لهيغنز، الضوء هو موجة، نقل للطاقة، وليس مادة. لقد رأينا أن النظرية الجسيمية تشرح العديد من الحقائق المرصودة. هل النظرية الموجية قادرة على فعل ذلك؟ يجب علينا أن نطرح مرة أخرى تلك الأسئلة التي أجابت عنها نظرية الجسيمات بالفعل، لنرى ما إذا كانت النظرية الموجية يمكنها الإجابة عليها بنفس النجاح. دعونا نفعل ذلك هنا في شكل حوار بين N وG، حيث N هو محاور مقتنع بصحة نظرية نيوتن الجسيمية، وG هو محاور مقتنع بصحة نظرية هيغنز. ولا يُسمح لأي منهما بتطبيق الحجج التي تم الحصول عليها بعد اكتمال عمل كلا المعلمين العظماء.