استخدام كرة معدنية صلبة لتركيز الضوء
المؤلف:
جيرل ووكر
المصدر:
سيرك الفيزياء الطائر
الجزء والصفحة:
ص854
2025-09-30
189
في عام 1818، قدم العالم أوجستان جان فرينل نموذجًا للموجات الضوئية في مسابقة نظمتها الأكاديمية الفرنسية اعترض العالم سيميون دي بواسون، أحد أعضاء لجنة التحكيم، بشدة على هذا النموذج، محاولاً تسفيهه من خلال إجراء هذه التجربة الفكرية: إذا أضيء جسم مصمت ذو مقطع عرضي دائري مثل عملة معدنية أو كرة) باستخدام شعاع من الضوء، افترض نموذج فرينل للموجات الضوئية أنَّ من شأن منطقة ساطعة أن تظهر في مركز الظل الذي يُحدثه الجسم على شاشة بعيدة.
رتب دومينيك إف أراجو، عضو آخر بلجنة التحكيم، لاختبار الفرضية على الرغم من الاستنتاج العبثي. ومن المثير للدهشة أنه وجد البقعة المركزية المضيئة. ومن قبيل المفارقة التاريخية، أن المنطقة تُعرف الآن إما باسم بقعة بواسون أو بقعة أراجو، رغم أن كلا الرجلين كانا لا يعتقدان في وجودها.
ومنذ اكتشاف المنطقة، استغلت عدة أبحاث الأجسام المصمتة، مثل كرة معدنية صغيرة مأخوذة من محمل، لتقوم مقام العدسة لتكوين الصور. وإذا تكونت الصورة على فیلم، يمكنك أن تصنع صورة فوتوغرافية كما هي الحال باستخدام كاميرا. لماذا تتكون بقعة بواسون وكيف يُمكن لشيء مثل كرة صلبة مُصمتة أن تجبر الضوء على تكوين صورة؟
الجواب: هب أن مصدر الضوء عبارة عن نقطة ساطعة بعيدة، وأن تكوين الصورة يتم من خلال كرة مُصمتة. عندما تصل موجات الضوء إلى الكرة، تحيد الموجات حول جانبيها، لتنتشر إلى الخارج بسرعة وصولاً إلى داخل منطقة الظل الخاصة بالكرة. إذا وضعت شاشة خلف الكرة مباشرة، يُكوِّن الضوء نمط حيود ضئيلا لدوائر متحدة المركز ساطعة وقائمة يكون مركز النمط هو البقعة الساطعة؛ لأن الموجات المارة إلى جهة واحدة من الكرة تقطع نفس المسافة التي تقطعها إلى المركز الموجات المارة من الجهة المقابلة، ومن ثَمَّ تصل الموجات وهي متطاورة ويحدث لها تداخل بناء.
تكون الدائرة المعتمة الأولى بسبب التداخل الهدام. لاحظ قمة الدائرة. الموجات التي تمر خلال الجزء السفلي من الكرة لا بد أن تقطع مسافة أطول من الموجات التي تمرُّ خلال الجزء العلوي من الكرة لتصل إلى تلك النقطة. وتصل المسافة الإضافية إلى نصف طول موجي، ومِن ثَمَّ يَحدث للموجتين (واحدة من أسفل وواحدة من أعلى) تداخل هدام حين تصلان إلى النقطة الموجودة على الشاشة.
يُعزى باقي النمط إلى تداخل بناء أو هدام مشابه؛ ففي بعض المواضع، تختلف المسافة التي تقطعها الموجات القادمة من الجهة المقابلة من الكرة بمقدار عدد صحيح من الأطوال الموجية، وهو ما يسفر عن تداخل بناء، يجعل الموجات تطاورة. وفي مواضع أخرى، يكون مقدار الاختلاف في الطول عبارة عن عدد فردي من نصف الأطوال الموجية، وهو ما يُسفر عن تداخل هدام؛ حيث إنها تجعل الموجات غير متطاورة. وعندما تُكوِّن الكرة صورةً للجسم، فإن كل جزء لامع من الجسم يقوم مقام مصدر نقطي للضوء ويخلق نقطة ساطعة مُزاحة قليلا بالقرب من مركز نمط الحيود. وتراكب هذه النقاط الساطعة يكرر تقريبًا شكل الجسم؛ ومِن ثَمَّ ينتج عنه صورة للجسم.
الاكثر قراءة في مواضيع عامة في علم البصريات
اخر الاخبار
اخبار العتبة العباسية المقدسة
