Fiisigiska Aasaasiga ah ee Iftiinka
Iftiinku waa mid ka mid ah dhacdooyinka dabiiciga ah ee ugu dhow nolosha aadanaha. Waxaan u baahanahay inaan aragno, u isticmaalno tignoolajiyada (laga bilaabo kamaradaha ilaa fiber optics), oo aan baranno si aan u fahanno qaab-dhismeedka aasaasiga ah ee caalamka. Fiisigiska, iftiinka waxaa loo arkaa qaab tamar ah oo faafin kara, la falgeli kara walxaha, oo soo bandhigi kara sifooyin mararka qaarkood u muuqda hirar u eg mararka qaarkoodna u eg walxaha. Maqaalkani si kooban laakiin si buuxda ayuu u daboolayaa fiisigiska aasaasiga ah ee iftiinka: qeexitaankiisa, sifooyinka hirarka, sifooyinka walxaha, isdhexgalka walxaha, iyo codsiyada qaarkood.
1. Waa maxay Iftiin?
Jir ahaan, iftiinku waa hirar elektromagnetic ah oo faafi kara iyada oo aan lahayn dhexdhexaad. Taas macnaheedu waa inaysan u baahnayn hawo ama wax kale oo "dhexdhexaadin ah" si ay u safraan. Tani waa sababta qorraxdu ay u gaari karto Dhulka iyada oo loo marayo meel bannaan oo u dhow.
Iftiinka ay arki karto isha aadanaha waxaa loo yaqaan iftiin muuqda, iyadoo hirarka hirarku ay u dhexeeyaan qiyaastii 400 nm (violet) ilaa 700 nm (casaan). Meel ka baxsan xadkaas, waxaa jira hirar kale oo elektromagnetic ah sida infrared, ultraviolet, microwaves, radio, iyo X-rays. Dhammaan kuwan dhab ahaantii waa "qaraabo" iftiinka, oo ku kala duwan hirarka iyo tamarta oo keliya.
2. Iftiin sida hirarka elektromagnetic-ga ah
Aragtida elektromagnetic-ka (oo lagu sameeyay isle'egyada Maxwell), iftiinku wuxuu ka kooban yahay goobo koronto iyo birlab ah oo wareegaya oo isku toosan isla markaana ku toosan jihada faafinta. Dabeecaddan hirarka ayaa iftiinku siinayaa astaamo muhiim ah oo dhowr ah:
a. Mowjadaha iyo Soo noqnoqoshada
– Mowjadaha hirarka (λ) waa masaafada u dhaxaysa laba lakab oo hirar ah oo isku xiga.
– Soo noqnoqoshada (f) waa tirada gariirka ilbiriqsi kasta.
– Labaduba waxay la xiriiraan xawaaraha iftiinka (c) iyada oo loo marayo isle'egta:
c = λ f
Xawaaraha iftiinka ee faakuumka, waa qiyaastii 3 × 10⁸ m/s. Qiimahan waxaa loo arkaa mid ka mid ah waxyaabaha aasaasiga ah ee dabiiciga ah. Si kastaba ha ahaatee, marka iftiinku galo meel dhexe sida biyo ama galaas, xawaarihiisu wuu yaraadaa.
b. Tamarta iyo Xiriirka ay la leedahay Soo noqnoqoshada
In kasta oo aan ka hadlayno hirarka iyo soo noqnoqoshada marka la eego hirarka, tamarta iftiinka waxay si dhow ula xiriirtaa soo noqnoqoshada. Inta soo noqnoqoshada ay sarreyso (inta ay gaaban tahay hirarka), ayaa tamarta sii weynaanaysa.
3. Iftiin sida walxaha: Footonada
Horraantii qarnigii 20aad, dhowr tijaabo ayaa muujiyay in sharraxaad hirar oo keliya ah aysan ku filnayn. Tani waxay keentay fikradda ah in iftiinka sidoo kale loo arki karo xirmooyin tamar oo kala duwan oo loo yaqaan 'photons'. Tamarta photon-ka waxaa bixiya:
E = hf
halkaas oo h uu yahay joogtada Planck.
Aragtidani waa mid muhiim u ah sharraxaadda dhacdooyinka sida saamaynta sawir-qaadista, halkaas oo iftiinka ku dhaca dusha birta uu keeno in elektaroonada la saaro. Waxaa xiiso leh, elektaroonada waxaa la saaraa oo keliya haddii soo noqnoqoshada iftiinku ay ku filan tahay, xitaa haddii xooggu hooseeyo. Tani waxay soo jeedinaysaa in tamarta iftiinku ay ku timaado "dhibco" (fotons), halkii ay ka ahaan lahayd durdur joogto ah sida lagu qiyaasay qaabka hirarka caadiga ah.
Gunaanad ahaan, iftiinku wuxuu leeyahay laba-geesoodka hirarka-qaybta: xaaladaha qaarkood wuxuu u dhaqmaa sidii hirar, xaaladaha kalena wuxuu u dhaqmaa sidii walxo.
4. Isdhexgalka Iftiinka iyo Maaddada
Marka iftiinku la kulmo shay, dhowr waxyaalood ayaa dhici kara: waa la milicsan karaa, waa la kala qaadi karaa, waa la nuugi karaa, ama waa la gudbin karaa. Dhaqankani wuxuu ku xiran yahay sifooyinka walxaha iyo hirarka iftiinka.
a. Milicsiga
Milicsiga wuxuu dhacaa marka iftiinku ka soo boodo dusha sare, sida muraayadda. Sharciga milicsiga wuxuu leeyahay:
– Xagasha dhacdooyinka = xagasha milicsiga
- Falaadhaha dhacdada, xariiqda caadiga ah, iyo fallaadhaha milicsiga ah waxay ku jiraan isla hal meel.
Milicsiga wuxuu noqon karaa:
– Caadi ah (muuqaal): dusha siman sida muraayadda, waxay soo saartaa sawir cad.
– Kala-baxa: dusha sare ee qallafsan sida warqadda, waxay ka tarjumaysaa jihooyin kala duwan si aan hooska fiiqan loo samayn.
b. Dib-u-jajabinta
Dib-u-soo-celintu waa isbeddelka jihada iftiinka marka uu dhex maro laba warbaahin oo kala duwan, tusaale ahaan hawada ilaa biyaha. Tani waxay dhacdaa sababtoo ah xawaaraha iftiinku wuu isbeddelaa warbaahinta kala duwan. Tusmada dib-u-celinta (n) waxaa lagu qeexaa sidan:
n=c/v
halkaas oo v uu yahay xawaaraha iftiinka ee dhexda.
Dib-u-soo-celintu waxay sharraxaysaa dhacdooyinka maalinlaha ah: cawsku wuxuu u muuqdaa mid qaloocan marka la geliyo koob biyo ah, ama salka barkadda ayaa u muuqda mid ka qoto dheer sidii uu dhab ahaantii ahaa.
c. Kala firdhinta
Kala firdhis waa kala soocidda iftiinka midabyo kala duwan iyadoo ay ugu wacan tahay kala duwanaanshaha kala-soocidda hirarka kala duwan. Prisms-ku waxay iftiinka cad u kala qaybinayeen midabyo kala duwan tan iyo markii Newton uu tijaabiyay. Roobabku sidoo kale waa natiijada kala firdhinta iyo kala-soocidda iftiinka qorraxda ee dhibcaha biyaha ee jawiga.
d. Nuugista iyo Qiiqa
Walxuhu waxay nuugi karaan xoogaa tamar iftiin ah; tamartan waxaa badanaa loo beddelaa kulayl. Taas bedelkeeda, walxuhu waxay sidoo kale soo saari karaan (shucaacayaan) iftiin, sida nalalka iftiinka ama xiddigaha. Miisaanka atomiga, qiiqa ayaa dhaca marka elektaroonada ay ka guuraan heer tamar sare una guuraan heer hoose oo ay sii daayaan foton.
5. Kala-fogaanshaha Fudud
Kala-goyntu waa astaamo tilmaamaya jihada gariirka goobta korontada ee hirarka iftiinka. Iftiinka dabiiciga ah (tusaale ahaan, ka imanaya Qorraxda) badanaa ma aha mid kala-goyn ah, taasoo la macno ah in jihadiisu ay tahay mid aan kala sooc lahayn. Si kastaba ha ahaatee, iftiinka waxaa lagu kala-goyn karaa shaandho kala-goyn ah ama iyadoo laga milicsanayo xagal gaar ah.
Kala-soocidda waxay leedahay adeegsiyo badan: Muraayadaha Polaroid-ka waxay yareeyaan dhalaalka, shaashadaha LCD-na waxay adeegsadaan mabda'a kala-soocidda, fiisigiska casriga ahna waxay ka caawiyaan falanqaynta agabka iyo xiddigiska.
6. Kala-duwanaanshaha iyo Faragelinta: Caddeynta Dabeecadda Mowjadaha
Laba dhacdo oo muhiim ah oo muujinaya dhinaca hirarka iftiinka waa:
– Faragelin: xoojinta ama daciifinta iftiinka marka laba hirar ay kulmaan. Tusaale ahaan, qaabka iftiinka-madow ee tijaabada laba-geesoodka ah ee Young.
– Kala-soocid: foorarsiga iftiinka marka uu dhex maro dalool cidhiidhi ah ama geeska shay. Tani waxay sharraxaysaa sababta hoosku uusan had iyo jeer u lahayn geeso fiiqan.
Tijaabada laba-jibbaaran waxay caan ku tahay muujinta qaab faragelin xooggan. Xitaa marka fotonada la rido mid mid, qaabka faragelintu wuu sii socdaa ka dib markii fotonada badan ay urureen. Tani waxay muujinaysaa sifooyin gaar ah oo kutaan ah: iftiinka laguma tilmaami karo oo keliya qayb caadi ah ama hirar caadi ah.
7. Adeegsiga Fikradda Iftiinka ee Tiknoolajiyadda
Fahmidda iftiinka waxay dhashay tiknoolajiyado casri ah oo badan, tusaale ahaan:
– Muraayadaha iyo muraayadaha indhaha: muraayadaha indhaha, mikroskoobyada, teleskoobyada.
– Laser: waxaa loo isticmaalaa hawlgallada caafimaadka, jarista warshadaha, iskaan-gareeyayaasha barcode-ka, isgaarsiinta, iyo cilmi-baarista.
- Faybarka indhaha: wuxuu diraa xogta internetka isagoo adeegsanaya iftiin leh khasaaro yar iyada oo loo marayo milicsiga gudaha oo dhan.
– Kamaradaha iyo dareemayaasha: CCD/CMOS waxay fotonnada u beddelaan calaamado koronto, iyagoo ka faa'iideysanaya saamaynta quantum.
Tiknoolajiyadu way shaqaysaa sababtoo ah waxaan fahansanahay sida iftiinku u safro, ula falgalo agabka, iyo sida uu u qaado tamarta.
Gabagabo
Iftiinku waa ifafaale hodan ah oo aasaasi ah oo ku jira fiisigiska: waa hirar koronto oo si xawli ah u socda oo ka kooban fotonno, tirada tamarta. Annagoo adeegsanayna fikradaha hirarka, soo noqnoqoshada, tusmada iftiinka, milicsiga, dib-u-celinta, faragelinta, kala-goynta, iyo kala-goynta, waxaan sharxi karnaa ifafaale badan oo dabiici ah waxaanan naqshadeyn karnaa teknoolojiyada muhiimka ah. Fahmidda fiisigiska aasaasiga ah ee iftiinka waxay la macno tahay fahamka mid ka mid ah "luqadaha" aasaasiga ah ee caalamka - isku xirka miisaanka atomiga, nolol maalmeedka, iyo koonka.
Haddii aad rabto, waxaan ku dari karaa sawirro fikradaha ah (tusaale ahaan jaantusyada jajabinta, spectrum-ka elektromagnetic-ka, ama tijaabada laba-jibbaaran) ama waxaan abuuri karaa nooc ka mid ah maqaalka oo aad loo jecel yahay ardayda dugsiga dhexe/sare.
