الموجات

الدرس الأول : الموجات

================================================

الموجات

* تعريف الموجات :

هي اضطراب ينتقل عبر المادة أو الفراغ وتقوم بنقل الطاقة من مكان لآخر.

أنواع الموجات

1 ـ الموجات المستعرضة

* التعريف :

هي موجات تسبب حركة جزئيات المادة إلى الأمام والخلف وذلك في اتجاه عمودي على اتجاه انتشار الموجة نفسها ، وهي من أنواع الموجات الميكانيكية .

مثال للتوضيح :

إذا قمت بربط طرف حبل مع مقبض الباب ، وأخذت تحرك الطرف الآخر للحبل إلى أعلي وإلى أسفل فستولد عن ذلك ما يُسمى : بالموجات المستعرضة .

ملاحظات  على ما سبق :

·        النقاط العليا في الموجات تٌسمى : قمة .

·        النقاط السفلي في الموجات تٌسمى : قاع .

( توالي تولد القمم والقيعان بعضها تلو بعض يشكل موجات مستعرضة )

2 ـ الموجات الطولية ( التضاغطية )

* التعريف :

هي موجات تسبب حركة دقائق المادة إلى الأمام وإلى الخلف غي اتجاه انتشار الموجة نفسها ، وهي من أنواع الموجات الميكانيكية .

ملاحظات :

·        أماكن تقارب حلقات النابض تٌسمى : تضاغط .

·        أماكن تباعد حلقات النابض تُسمى : تخلخل .

( توالي التضاغطات والتخلخلات بعضها تلو الأخرى يشكل موجة طولية )

3 ـ الموجات الكهرومغناطيسية

* التعريف :

هي موجات مستعرضة تنتقل في الفراغ و المادة .

مثل : موجات الضوء ، والراديو ، والأشعة السينية وتتكون من جزأين ، هما : كهربائي و مغناطيسي .

خصائص الموجات

1 ـ الطول الموجي

* التعريف :

هي المسافة بين نقطة على الموجة وأقرب نقطة أخرى إليها تتحرك بنفس سرعتها واتجاهها . ( المسافة بين قمة وقمة أو المسافة بين قاع وقاع في الموجة ) .

* طرق القياس :

·        طريقة قياس الموجات المستعرضة :

الطول الموجي = المسافة بين قمتين متتاليتين أو قاعين متتالين .

·        طريقة قياس الموجات الطولية :

الطول الموجي = المسافة بين مركزي تضاغطين متتاليتين أو تخلخلين متتالين .

2 ـ التردد

* التعريف :

هو عدد الأطوال الموجية التي تعبر نقطة محددة خلال ثانية .

* طرق القياس :

·        طرق قياس الموجات المستعرضة :

التردد = عدد القمم أو القيعان التي تمر أمامك في الثانية الواحدة .

·        طرق قياس الموجات الطولية :

التردد = عدد التضاغطات أو التخلخلات التي تمر أمامك في الثانية الواحدة .

3 ـ سعة الموجة المستعرضة

* التعريف :

هي نصف المسافة العمودية بين القمة والقاع .

ملاحظة :

كلما زادت المسافة بين القمة والقاع تزداد سعة الموجة .

4 ـ سعة الموجة الطولية

* التعريف :

هي كثافة المادة في موقعي التضاغط والتخلخل .

ملاحظة :

تزداد سعة الموجة عندما تكون التضاغطات فيها أكثر قرباً ، والتخلخلات أكثر تباعداً عن بعضها .

السعة والطاقة

* العلاقة بين السعة و الطاقة :

كلما زادت الطاقة زادت سعة الموجة

مثال :

الموجات الزلزالية كلما زادت طاقتها زادت سعتها وزاد الدمار عن الزلزال .

5 ـ سرعة الموجة

* تعتمد سرعة الموجة على الوسط الناقل لها .

* كلما زادت سرعة الموجات زاد عدد القمم والقيعان التي تعبر نقطة معينة في الثانية .

* يمكن حساب سرعة الموجة إذا علمت كلاً من ترددها وطولها الموجي باستخدام العلاقة التالية :

 

ويمكن كتابة العلاقة السابقة باختصار كما في الصورة التالية :

 

حيث أن :

·        ع : السرعة وتقاس بوحدة متر لكل ثانية ( م / ث ) .

·        λ : الطول الموجي ويقاس بوحدة المتر ( م ) .

·        د : التردد ويقاس بوحدة الهيرتز .

* الهيرتز : يعني اهتزازا واحداً في كل ثانية ( أي أن طولاً موجياً واحداً يعبر في الثانية الواحدة ) .

* الحرف اليوناني λ : يُلفظ لامدا .

تطبيقات حسابية

مثال حسابي ( 1 ) : موجة صوتية ناتجة عن الرعد والبرق ترددها 34 هيرتز ، وطولها الموجي 10 متر ، ما سرعة هذه الموجة ؟

الحل :

ع = λ x د

ع = 10 x 34

ع = 340 م / ث

مثال حسابي ( 2 ) : تنتشر موجة طولها 0,55 متر في وتر ، إذا كان ترددها 6 هيرتز ، فما هي سرعتها ؟

الحل :

ع = λ x د

ع = 0,55 x 6

ع = 3,3 م / ث

مثال حسابي ( 3 ) : موجة صوتية ترددها 15000 هيرتز ، تنتشر في الماء بسرعة 1500م/ث ، ما طولها الموجي  ؟

الحل :

λ = ع ÷ د

λ = 1500 ÷ 15000

λ = 0,1 متر

مثال حسابي ( 4 ) :  موجة طولها الموجي 0,2 متر ، وترددها 1,5 هيرتز ، احسب  السرعة الموجية لهذه الموجة  ؟

الحل :

ع = λ x د

ع = 0,2 x 1,5

ع = 0,3 م / ث

الأمواج تغير اتجاهها

س / هل الموجات الضوئية تستمر في الحركة في خط مستقيم دائماً ؟

ج /

لا ، ويمكن إثبات ذلك  كما يلي :

عندما تقوم بالنظر إلى المرآة تجدها قد غيرت اتجاه الضوء الساقط إلى اتجاهك.

·        عندما يسقط الضوء على المرآة فإنه يُغير من اتجاهه وذلك بعده طرق منها:

§        الانعكاس .

§        الانكسار .

§        الحيود ( هو تنحى الضوء حول حواف الأجسام ) .

قانون الانعكاس

* نص القانون :

الزاوية التي تصنعها الموجة الساقطة مع العمود المقام ( وتسمى زاوية السقوط ) تساوي الزاوية التي تصنعها الموجة المنعكسة مع هذا العمود ( وتسمى زاوية الانعكاس).

قانون الانكسار

* موجات الضوء تنتشر في الهواء أسرع من سرعة انتشارها في الماء .
* نص القانون :

هو تغير اتجاه الموجه عندما تتغير سرعتها بسبب انتقالها من وسط إلى آخر .

الحيود

* التعريف :

هو انعطاف الموجة حول الأجسام .

* العوامل التي يعتمد عليها مقدار الحيود :

1)    أبعاد الجسم .

2)    طول الموجة .

حيود الصوت والضوء

الطول الموجي للضوء أقصر من الطول الموجي للصوت ، ونتيجة لذلك فإنك قد تسمع أصوات أناس في حجرة مجاورة لك بابها مفتوح حتى إذا كنت لا تراهم .