الفرق بين الموجات الكهرومغناطيسية والميكانيكية

كيف تفرق بين الموجات الكهرومغناطيسية والميكانيكية

لفهم الفرق بين الموجات الكهرومغناطيسية والميكانيكية، ولمعرفة كيف يمكن توليد الموجات الكهرومغناطيسية، يجب فهم تعريف كل منهما بشكل منفصل لتحديد الاختلافات بشكل أدق

الموجات الكهرومغناطيسية: تعتبر الموجات الكهرومغناطيسية موجات تسبب اهتزازًا في الحقول الكهربائي والمغناطيسي، وتُشار إليها باسم `EM`، وتسمى هذه الموجات بالموجات العرضية بسبب شكلها المتشابه بشكل الثعبان، وتتم قياس نوع هذه الموجات بناءً على طولها وعرضها.

يتم قياس طول الموجات الكهرومغناطيسية وخصائصها عن طريق قياس المسافة في النقطة الأعلى والنقطة الأدنى للموجة التالية، ويطلق على النقطة الأدنى في الموجة تسمية “قاع” أو “بطن” الموجة.

يُطلق مصطلح Cycle أو الدورة على المسافة بين ذروة موجة وذروة الموجة التالية، أو بين قاع موجة وقاع موجة آخرى، ويُعبِّر عدد دورات الموجات الكهرومغناطيسية خلال الثانية الواحدة عن التردد، ووحدة قياس التردد هي الهيرتز.

ويعود سر اكتشاف الموجات الكهرومغناطيسية إلى العالم هايزيش هيرتز، وقد استفاد من أبحاث العالم جيمس كليرك لفهم هذه الموجات واعتمدها كأساس لفهم تكوينها وانتشارها في الفضاء وطريقة إصدارها، وبعد ذلك قام بتطبيق ما تم اكتشافه في المختبر.

تنتج الموجات الكهرومغناطيسية عندما يقترب أي حقل كهربائي من حقل مغناطيسي ويحدث تذبذب عمودي بزاوية قائمة (90 درجة)، حيث تتحرك هذه الموجات بنفس سرعة انتشار أشعة الضوء في الفضاء وعموديًا علىالحقل الكهربائي والحقل المغناطيسي.

أنواع الموجات الكهرومغناطيسية

هناك العديد من أنواع الموجات الكهرومغناطيسية، وتختلف هذه الأنواع عن بعضها البعض حسب تردد كل موجة. يمكن استخدام هذه الموجات في مجالات مختلفة من الحياة، وتتضمن هذه الأنواع ما يلي:

أمواج الراديو: تعتبر الموجات عبارة عن أمواج ذات تردد قصير، وتستخدم لنقل الإشارات المتعلقة بالتلفزيون والإذاعة، وكما ذكر سابقا، يختلف سلوك الموجات بناء على ترددها الخاص.

الأشعة تحت الحمراء: تعتبر أشعة الأشعة تحت الحمراء أشعة ذات طول أكبر من أشعة الراديو، وأقصر بكثير من الضوء، وتنقل الحرارة بشكل كبير. ويتميز طول هذه الأشعة بقصرها الشديد بالمقارنة بالأمواج الأخرى، وهي من الموجات التي تنقل الحرارة بصورة فعالة.

الضوء المرئي: يمكن لهذا الضوء أن يساعدنا على رؤية العالم من حولنا، وتختلف ترددات هذه الموجات لتشكيل ألوان قوس قزح الجميلة.

الأمواج فوق البنفسجية: من المعروف أن الشمس هي المصدر الرئيسي للموجات فوق البنفسجية، وتمتلك الشمس عددًا قليلًا من الموجات الضوئية المرئية بالمقارنة بالموجات الأخرى.

الأشعة السينية: تتميز هذه الموجات بطاقتها العالية وتنبعث من الأجسام التي تكون حرارتها مرتفعة بشكل كبير، مثل هالة الشمس.

أشعة غاما: هذه الموجات هي موجات كهرومغناطيسية تتردد بتردد أعلى بكثير من الأنواع السابقة من الأشعة، وتصدر هذه الموجات من الأجسام ذات الطاقة المرتفعة الهائلة التي توجد في الفضاء، مثل النجوم النابضة والنجوم النيوترونية.

الموجات الميكانيكية ونقل الطاقة

تعتبر الموجات الميكانيكية عبارة عن اضطرابات في المواد المختلفة يسبب انتقال الطاقة من خلالها، وليس من الممكن القيام بإنشاء أي موجات ميكانيكية بدون أي مصدر للطاقة يساعد على تحفيز هذه المواد، وتحتاج الموجات الميكانيكية إلى وسط حتى تنتقل من خلاله، وذلك سواء كان الوسط سائل أو صلب أو غازي، بشرط أن تنتقل الموجات من خلاله.

الانتقال هو العملية التي تنقل الموجات الميكانيكية عبر وسط، بينما تنتقل الموجات الكهرومغناطيسية التي لا تحتاج إلى وسط عبر الفراغ بسهولة.

تتحرك الموجات الميكانيكية من خلال الوسط المادي بدون تحرك الجزيئات، وتتزعزع جزيئات الوسط المختلفة خلال مرور هذه الموجات، وتنتقل هذه الاضطرابات إلى الجزيئات المجاورة لها، وهكذا يتم نقل جميع الموجات الميكانيكية عبر هذا الوسط دون تحرك الجزيئات من أماكنها.

خاصية الزمن الدوري للموجات

تُعرف هذه الخاصية في علوم الموجات باسم الزمن الدوري، وهي خاصية تمتلك تاريخاً يعود لسنوات عديدة، وتشير إلى الزمن اللازم لوجود موجة واحدة على الأقل من الموجات حتى يتم عبور نقطة معينة.

تكون وحدة قياس الزمن الدوري هي الثانية، ويمكن التعرف على الزمن الدوري من خلال مراقبة عدد الثواني التي تستغرقها الموجات المختلفة المتصلة به.

خاصية طاقة الموجات

هي من الخصائص الهامة التي يمكن أن نتعرف من خلالها على مجموعة من الأمور التي تتعلق بعلم الموجات ومن أهمها التعرف على قياس الطاقة التي يتم انتقالها من الموجات إلى أي جيم آخر أو أي شيء، ومن المعروف أن هذه الطاقة تتناسب بشكل كبير من حيث القياس مع السعة والترددات ومع سرعة الموجة.

الفرق بين الموجات الطولية والمستعرضة

الموجات المستعرضة: في الموجات الميكانيكية، تهتز جزيئات الوسط إلى الأعلى والأسفل وفقًا لاتجاه انتشار الموجات.

الموجات الطولية: أما بالنسبة للموجات الطويلة، فتهتز جميع الجزيئات المرتبطة بها في الاتجاه الذي تتحرك فيه الموجات الميكانيكية، ولكن يكون ذلك في الاتجاه الأمامي والخلفي أيضًا.

الموجات السطحية: تنتشر هذه الموجات على شكل دائري بسبب حركة الجزيئات في الوسط، حيث تتحرك للأعلى والأسفل والخلف والأمام في نفس الوقت.

يمكن تصنيف أنواع الموجات المذكورة سابقًا وفقًا لمعايير فيزيائية ورياضية مختلفة، ومن بين هذه المعايير الهامة هو اتجاه انتشار الموجات، حيث يتم تصنيف وقياس الموجات بناءً على ذلك.

أما المعيار الثاني فيعتمد على الحاجة الكبيرة إلى الموجة الموجودة في الوسط، ويمكن أيضًا تصنيف هذه الموجات بناءً على هذا الوسط، وذلك كما يُعرف في الأمواج الكهرومغناطيسية والموجات الصوتية وكذلك الموجات الميكانيكية.

يحتاج كل هذه الموجات إلى وسط حي لتنتشر، ويحتاجون أيضًا إلى وحدات قياس لمعرفة قاع وقاعدة الموجة الصوتية، وكذلك التعرف على المستوى الصفري الذي لا توجد فيه حركة بشكل كامل.

وعلى الرغم من أن الموجات الفيزيائية تتعدد إلى حد كبير وتختلف معاييرها على حسب التصنيف، إلا أن الخصائص الوحيدة التي تكون متشابهة بين الموجات ووحدات القياس بأنواعها المختلفة هي المسؤولة عن إظهار أهمية هذه الموجات، وذلك عن طريق التعرف على قاع كل موجة وقاعدتها والمستوى الصفري الخاص به.