الموجات في الفيزياء

للنشر

واتس اب شارك غرد شارك

الموجات الميكانيكية

الموجات الميكانيكية تعرف على أنها تنقل تشويه فيزيائي على طول وسط دون نقل للمادة وإنما للطاقة فحسب. المقصود بهذا أن نقطة ما تنتمى إلى الوسط، لا تغير موضعها بعد مرور الموجة، بل تعود تماما إلى موضعها الأصلي.

ولهذا فالموجات الميكانيكية تستلزم وسطا ماديا من أجل أن يتم الحديث عنها من الأساس. بينما هناك بعض الأنواع الأخرى التي يمكنها التحرك في الفراغ مثل الأمواج الكهرومغناطيسية، كالضوء الذي يعبر الفراغ الفضائي من الشمس حتى الأرض أو غيره من الكواكب.

وتصنف الموجات الميكانيكية عادة إلى نوعين بارزين:

• الموجة المستعرضة: وهي التي يكون فيها إتجاه التشوه الحادث، عموديا على اتجاه تنقل الموجة. وهو ما نجده في أمواج البحار مثلا، أو عند تحريك طرف حبل ما بقوة، حيث أن شكل الموجة يكون عموديا للأعلى والأسفل، بينما تتنقل بشكل أفقي على مدى الوسط الذي توج فيه.
• الموجة الطولية: على عكس سابقتها، فهذا الصنف يتميز بتوازي وانطباق كل من إتجاه التشوه والتنقل. على سبيل المثال تحدث هذه الظاهرة في النابض، حين نقوم بمده إلى الخلف ثم تحريره. وهو ذات المبدأ في الموجات الصوتية، حيث تنتقل بفعل الانضغاط والتمدد في طبقات الهواء المتقاربة.

الموجات الميكانيكية الدورية

الموجة الدورية هي حالة خاصة للموجة الميكانيكية حيث يتم تمييزها بالظاهرة التالية: التحركات أو التشوهات الحاصلة على مستوى كل نقطة من الوسط على حدى عبارة عن دالة دورية.

خصائص الدالة الدورية

• الدورية المكانية: وتعرف على أنها المسافة الفاصلة بين أقرب نقطتين من الوسط بحيث يكون لهن نفس الحركة الإهتزازية، ويمكن تعريفها أيضا بأنها المسافة التي تقطعها الموجة خلال الدور الزمني T.
• الدورية الزمانية: هي أقصر مدة زمنية بحيث تصبح نقطة ما من الوسط في نفس الحالة الاهتزازية التي كانت عليها قبل هذه المدة.
• التردد: يعبر عن عدد الأدوار الزمنية في الثانية الواحدة، ويعبر عنه رياضيا ب: f= 1/T بحيث Tهو الدور الزمني، ووحدة التردد هلي الهيرتز Hz.

الموجات الكهرومغناطيسية

الموجات الكهرومغناطسية من أكثر الموجات الفيزيائية أهمية في العالم الطبيعي، كما أن تطبيقاتها واسعة للغاية، خاصة بفضل ميزتها الفريدة في قدرتها على التنقل عبر الأوساط اللامادية أو الفراغ، وذلك بسرعة تقارب سرعة الضوء أي حوالي 300000 كيلومتر في الثانية.

هذه الفئة من الموجات تنقل الطاقة، لكنها أيضا تتفرد بقدرتها على نقل المعلومات، ما يبرر سبب استخدامها في ميدان الإتصالات.

لتبيان أهمية هذه الموجات، نذكر بعض تطبيقاتها في حياتنا اليومية، فالموجات الكهرومغناطسية تستعمل في أجهزة الراديو، التلفاز، الهاتف الذكي ومختلف وسائل الاتصال التي قد تتخيلها، كما أنها تستعمل لالتفاط صور الأشعة السينية للكائنات الحية.. ويكفيك أن تعلم بأن الضوء المرئي ما هو إلا موجة كهرومغناطيسية تسمح لنا برؤية الألوان، وهو ما سنفصل فيه في الفقرة التالية.

الضوء

الضوء عبارة عن الموجات الكهرومغناطيسية المرئية، وهي التي يقع طولها الموجي ما بين 400 نانومتر، و800 نانومتر، وهي التي تعطينا الطيف الضوئي الذي نراه في ظاهرة قوس قزح حين تمتد الألوان بشكل تدريجي من الأحمر إلى البنفسجي. ويتميز الضوء بانتشاره في الفراغ وكذا في الأجسام الشفافة غير الداكنة.

و تعتبر سرعة الضوء أعلى سرعة في الوجود كما أثبت العالم الألماني ألبرت آينشتاين، والتي تبلغ ثلاث مئة ألف كيلومتر في الثانية، ولتقريب هذه السرعة الهائلة، فبمجرد أن تنطق بكلمة "الله"، يكون الضوء قد لف الكرة الأرضية ثمانية مرات ونصف.

ظاهرة الحيود

تحدث ظاهرة الحيود عند اجتياز موجة ميكانيكية لفتحة عرضها يقارب أو يقل عن الطول الموجي للموجة، حيث يؤدي إلى تغير شكلها مثلا من الشكل المستقيمي إلى الدائري، لكن مع الحفاظ على الخصائص الرئيسية من التردد والدور والطول الموجي، وذلك طبعا في نفس الوسط.

ظاهرة التبدد

ظاهرة التبدد لا تتعلق بالموجة بل بوسط انتشارها، ونقول بأن الوسط مبدد، حين تكون سرعة الموجة متعلقة بترددها، أو بشكل أكثر تحديدا فإننا حين نغير تردد الموجة، فإن طولها يتغير وبالتالي فسرعتها تتغير أيضا. فبالنسبة للماء مثلا فهو وسط مبدد للموجات الصوتية، في حين أن الهواء ليس كذلك.