توجد الموجات حولنا بأشكال متنوعة، بينما تشترك جميع الموجات في بعض الخصائص والسلوكيات المميزة الأساسية، يمكن تمييز بعض الموجات عن الأخرى بناءً على بعض الخصائص التي يمكن ملاحظتها (وبعضها غير الملحوظة)، وهناك العديد من خصائص الموجات التي يستخدمها العلماء لوصف الموجات، وهي تشمل السعة والتردد والدورة وطول الموجة والسرعة والمرحلة.
تعريف الموجات
- الموجة هي اضطراب في وسط يحمل طاقة بدون حركة صافية للجسيمات، قد يتخذ شكل تشوه مرن، أو اختلاف في الضغط، أو شدة كهربائية أو مغناطيسية، أو جهد كهربائي، أو درجة حرارة.
- تنقل الأمواج الطاقة من مكان إلى آخر، لكنها لا تنقل بالضرورة أي كتلة، ويعد الضوء والصوت والأمواج في المحيط من الأمثلة الشائعة للأمواج.
- الموجات الصوتية والمائية هي موجات ميكانيكية، بمعنى أنها تتطلب وسيلة للتنقل من خلالها، و المتوسطة قد تكون صلبة، سائلة، أو الغاز، كما أن تحديد سرعة الموجة يعتمد على الخصائص المادية للوسيلة التي تنتقل خلالها، ومع ذلك، فإن الضوء ليس موجة ميكانيكية، ويمكنه السفر عبر فراغ مثل الأجزاء الفارغة من الفضاء الخارجي.
- بالنسبة للموجات الصوتية، يحدث الاضطراب بسبب تغير في ضغط الهواء، ومثال على ذلك عندما يتسبب المخروط المتذبذب داخل مكبر الصوت في حدوث اضطراب.
اقرأ أيضا: معلومات عن الفيزياء الكمية
خصائص الموجات
- السعة: الموجة هي ظاهرة نقل الطاقة، والسعة هي ارتفاع الموجة وهي أقصى إزاحة من الموضع المحايد، وتُقاس عادةً بالأمتار، وترتبط ارتباطًا مباشرًا بكمية الطاقة التي تحملها الموجة.
- الطول الموجي: المسافة بين النقاط المتماثلة في الدورات المجاورة من قمم الموجة تسمى الطول الموجي، ويقاس أيضًا بالأمتار.
- الفترة: فترة الموجة هي الوقت الذي يستغرقه الجسيم على وسيط لعمل دورة اهتزازية كاملة، نظرًا لأن الفترة الزمنية هي الوقت، يتم قياسها بوحدات زمنية مثل الثواني أو الدقائق.
- التردد: تردد الموجة هو عدد الموجات التي تعبر نقطة في وقت معين، وحدة التردد هي هرتز (هرتز) والتي تساوي موجة واحدة في الثانية.
- السرعة: تعني سرعة الجسم مدى سرعة تحرك الجسم، وعادة ما يتم التعبير عنها بالمسافة المقطوعة في كل وقت انتقال، تشير سرعة الموجة إلى المسافة المقطوعة بنقطة معينة على الموجة (القمة) في فترة زمنية معينة، وبالتالي تقاس سرعة الموجة بالمتر / الثانية أي م / ث.
اقرأ أيضا: كيف ينشأ الصوت عند الإنسان
أنواع الموجات
إحدى طرق تصنيف الموجات، هي على أساس اتجاه حركة الجسيمات الفردية للوسط بالنسبة إلى الاتجاه الذي تنتقل إليه الموجات، يؤدي تصنيف الموجات على هذا الأساس إلى ثلاث فئات ملحوظة: الموجات المستعرضة، والموجات الطولية، والموجات السطحية.
-
الموجة العرضية
هي الموجات التي يتحرك فيها الوسط بزوايا قائمة لاتجاه الموجة، تتميز الموجات المستعرضة دائمًا بحركة الجسيمات المتعامدة مع حركة الموجة، أعلى نقطة في الموجة المستعرضة هي القمة، الجزء المنخفض هو الحوض الصغير، ومن الأمثلة على الموجات المستعرضة:
- موجات الماء (تموجات موجات الجاذبية، وليس الصوت عبر الماء).
- موجات الضوء.
- موجات الزلزال .
- الآلات الوترية.
- موجة الالتواء.
2. الموجه الطويلة
الموجة الطولية لها حركة الجسيمات في الوسط بنفس أبعاد اتجاه حركة الموجة، تتميز الموجات الطولية دائمًا بحركة الجسيمات الموازية لحركة الموجة، والأمثلة على الموجات الطولية:
- الموجات الصوتية.
- موجات الزلزال من النوع P.
- موجة الضغط.
تعتبر الموجة الصوتية التي تنتقل عبر الهواء مثالًا كلاسيكيًا على الموجة الطولية، عندما تنتقل الموجة الصوتية من شفاه السماعة إلى أذن المستمع، تهتز جزيئات الهواء ذهابًا وإيابًا في نفس الاتجاه والاتجاه المعاكس لنقل الطاقة.
تخلق حركة الجسيمات ذهابًا وإيابًا في اتجاه نقل الطاقة مناطق داخل الوسط، حيث يتم ضغط الجسيمات معًا ومناطق أخرى تتباعد فيها الجسيمات، يمكن دائمًا تحديد الموجات الطولية بسرعة من خلال وجود مثل هذه المناطق.
يمكن أن تكون الموجات التي تنتقل عبر وسط صلب، إما موجات عرضية أو موجات طولية، ومع ذلك، فإن الموجات التي تنتقل عبر الجزء الأكبر من السائل (مثل السائل أو الغاز) هي دائمًا موجات طولية.
تتطلب الموجات المستعرضة وسيطًا صلبًا نسبيًا من أجل نقل طاقتها، عندما يبدأ جسيم واحد في التحرك، يجب أن يكون قادرًا على ممارسة سحب على أقرب جار له.
إذا لم يكن الوسط صلبًا كما هو الحال مع السوائل، فإن الجزيئات ستنزلق فوق بعضها البعض، يمنع هذا الإجراء الانزلاقي الذي يميز السوائل والغازات جسيمًا واحدًا من إزاحة جاره في اتجاه عمودي على نقل الطاقة.
3. الموجات السطحية
- في حين أن الموجات التي تنتقل داخل أعماق المحيط هي موجات طولية، فإن الموجات التي تنتقل على طول سطح المحيطات يشار إليها باسم الموجات السطحية.
- الموجات السطحية هي الموجة هي الموجات التي يتحرك فيها الوسط في حركة دائرية، وهي ليست طولية ولا عرضية، في الموجات الطولية والعرضية، تتحرك جميع الجسيمات في الجزء الأكبر من الوسط في اتجاه موازٍ وعمودي (على التوالي) بالنسبة لاتجاه نقل الطاقة.
- في الموجة السطحية، فقط الجسيمات الموجودة على سطح الوسط هي التي تخضع للحركة الدائرية، كما تميل حركة الجسيمات إلى الانخفاض مع تقدم المرء بعيدًا عن السطح.
4. الموجات الكهرومغناطيسية
- هي الموجة القادرة على نقل الطاقة من خلال فراغ (أي مساحة فارغة)، تنتج الموجات الكهرومغناطيسية عن طريق اهتزاز الجسيمات المشحونة.
- تنتقل الموجات الكهرومغناطيسية التي يتم إنتاجها على الشمس بعد ذلك إلى الأرض من خلال فراغ الفضاء الخارجي.
- لولا قدرة الموجات الكهرومغناطيسية على الانتقال عبر الفراغ ، لما كانت هناك بلا شك حياة على الأرض، جميع موجات الضوء هي أمثلة على الموجات الكهرومغناطيسية.
5. الموجة الميكانيكية
هي الموجة الغير قادرة على نقل الطاقة من خلال فراغ، تتطلب الموجات الميكانيكية وسيطًا لنقل طاقتها من موقع إلى آخر، وتعد الموجة الصوتية مثال على الموجة الميكانيكية، فهي غير قادرة على الانتقال عبر الفراغ، ومن الأمثلة الأخرى على الموجات الميكانيكية، الموجات النحيلة، وموجات المياه، وموجات حبل القفز.
المراجع
