ماهي الموجات ذات البعدين
حتى الآن، تم تقديم محاكاة ثنائية الأبعاد فقط، على الرغم من وجود حركة عمودية في الاتجاه الذي تنتقل إليه الموجة المنتشرة. فالوظيفة التي تصف الموجة تعتمد فقط على المتغير المكاني x. يمكن أن تكون الموجات ثنائية الأبعاد أو ثلاثية الأبعاد. على سبيل المثال، الموجة المستقيمة التي تكون فيها مقدمة الموجة أو قمتها خطية (ثنائية الأبعاد) أو مستوية (ثلاثية الأبعاد). هناك أيضا الموجات الدائرية (ثنائية الأبعاد) والكروية (ثلاثية الأبعاد) المتاحة. المحاكاة الحالية تظهر الموجات المستقيمة والدائرية ثنائية الأبعاد، وهي إحدى أنواع الموجات
تبدأ المحاكاة بموجة مستقيمة ثنائية الأبعاد تنتقل في المستوى xy في اتجاه x وترى من الأعلى. في هذه المحاكاة، يتم تمثيل السعة (الكثافة، في اتجاه z) بواسطة تدرج الرمادي، حيث يكون اللون أبيضا عندما تكون السعة إيجابية، ورماديا فاتحا عندما تكون السعة صفر، وأسودا عندما تكون السعة سالبة. وتعبر الطول الموجي بالسنتيمتر والزمن بالثواني بواسطة الرموز λ و T على التوالي.
يمكن أن تنتقل الموجات أيضًا على سطح هو مساحة ثنائية الأبعاد مثل سطح الماء أو فوق طبقة من السحب كما هو موضح أدناه، هذه أمثلة على موجات ثنائية الأبعاد (2D)، في حين أن الموجات أحادية البعد أسهل في الفهم و التحليل ، فإن الموجات ثنائية الأبعاد هي الأكثر إثارة للاهتمام في الرؤية و التحرك:
- تأتي الموجات على نوعين ، موجات طولية وعرضية، تشبه الموجات المستعرضة الموجات الموجودة في الماء حيث يرتفع السطح ويغرق، والموجات الطولية تشبه الموجات الصوتية وتتكون من ضغط واسترخاء متفاوتين في بيئة ما، القمة هي أعلى نقطة في الموجة المستعرضة، والحفرة هي النقطة المنخفضة، بالنسبة للموجات الطولية، الانضغاط والتناثر يشبهان قمم وقيعان الموجات المستعرضة، الطول الموجي هو المسافة بين القمم أو القيعان المتتالية، السعة هي ارتفاع الموجة، والتردد هو عدد القمم أو القيعان التي تمر عبر نقطة معينة في وحدة زمنية، لا يمكن التعبير عن سرعة الموجة بالطول الموجي مضروبا في التردد.
- تستطيع الأمواج السفر لمسافات هائلة في مرحلة ما، على الرغم من أن التذبذب صغير جداً، فعلى سبيل المثال، يمكن سماع الرعد لمسافات بعيدة، ولكن الصوت الذي يحمله يظهر في أي وقت فقط على شكل ضغطات رقيقة ورخاوة في الهواء.
شرح الموجة المستعرضة
- تعد حركة الاهتزاز العرضي الذي يتأرجح فيه جميع النقاط على الموجة بزاوية قائمة على اتجاه سفر الموجة على طول المسارات
- التموجات السطحية في المياه، وموجات S الزلزالية (الثانوية) والموجات الكهرومغناطيسية (مثل الراديو والضوء) هي أمثلة على الموجات المتعرجة.
- يمكن تمثيل الموجة المستعرضة البسيطة بمنحنى الجيب أو جيب التمام، ويعني هذا أن اتساع أي نقطة على المنحنى، أي المسافة من المحور، يتناسب مع الجيب (أو جيب التمام) بالنسبة للزاوية.
- تسمى فترة حركة الموجة بالتردد، ويشير إلى الوقت اللازم لنقطة في الموجة لإجراء تذبذب كامل على طول المحور، وتتألف سلسلة التذبذبات التي تتم في الثانية.
- يُعرف الطول الموجي بأنه المسافة بين النقاط المتناظرة في الموجة، ويمثل المسافة بين قمتين أو قيعان متجاورتين في الموجة.
- قد تكون الموجات المستعرضة معقدة بسبب تكون منحنياتها من منحنيين أو أكثر، مثل منحنيات الجيب أو جيب التمام.
- مثال: تعد أمواج الماء أحد أشهر أمثلة الأمواج المعروفة، حيث تحدث في بعدين على سطح الماء، وغالبًا ما يشار إليها من قبل الفيزيائيين باسم `موجات الجاذبية` لأن القوة المستعادة هي قوة الجاذبية.
مفهوم الموجه الطويلة
- الموجة هي اضطراب أو اهتزاز دوري يحدث في نفس الاتجاه الذي تنتقل فيه الموجة.
- يتم ضغطالزنبرك الحلزوني في أحد طرفيه وإطلاقه، ومن ثم يتعرض لموجة ضغط تمتد بطولها وتتبعها موجة تمدد. وتتحرك نقطة على أي لفة من لفائف الزنبرك مع الموجة وتعود في نفس المسار، وتمر عبر الوضع المحايد ثم تعكس حركتها مرة أخرى.
- بالإضافة إلى ذلك، يتحرك غاز الصوت عبر الهواء بضغط وحركة في اتجاه الموجة الصوتية أثناء الاهتزاز ذهابًا وإيابًا.
- تتميز الموجات الزلزالية P (الأولية) بأنها طولية أيضًا.
- في الموجة الطولية ، يتذبذب كل جسيم من المادة حول موضع استراحته الطبيعي وعلى طول محور الانتشار، وتتصرف جميع الجسيمات المشاركة في حركة الموجة بنفس الطريقة، ما عدا وجود تغيير تدريجي في مرحلة الاهتزاز (qv) .
- يتم اكتمال دورة تفاعل كل جسيم لاحقًا.
- تساعد الحركات المشتركة على تقوية مناطق الضغط والاسترخاء التي تتغير في اتجاه الانتشار.
- مثال: تستطيع الرياح أن تنتج موجات سحابية عندما يصادف تلاقي كثافتين مختلفتين من الهواء في نفس المنطقة، وغالبًا ما تكون هذه الموجات مرئية بواسطة الرياح وتسبب اختلافات منتظمة في تكوين السحب في هذه المنطقة.
امثلة عن الموجات ثنائية الابعاد
- يمكن للعديد من الموجات السفر على مسافات أكبر من بعضها البعض.
- تتمتع الموجات ثنائية الأبعاد بالقدرة على الانحراف حول الزوايا.
- الموجات الصوتية تعد مثالًا جيدًا على الموجات ثنائية الأبعاد.
- تعتبر موجات الماء ذات بعدين مرئيين، وبناءً عليه، سندرس سلوك موجات الماء.
- يتم غالبًا دراسة الموجات ذات البعد الثنائي باستخدام خزان تموج.
- يعد الخزان المموج خزان ماء كبير ذو قاع زجاجي يُستخدم لدراسة سلوك موجات الماء.
- يضيء الضوء على الماء من الأعلى ويضيء ورقة بيضاء موضوعة أسفل الخزان.
- نظرا لانحناء أشعة الضوء أثناء مرورها عبر الأحواض والقمم، يظهر نمط من البقع الفاتحة والداكنة على الورقة البيضاء.
- تمثل البقع المظلمة قاع الموجة، وتمثل البقع المضيئة قمم الموجة.
- عند تحرك موجات الماء في خزان التموج، يتحرك البقع الداكنة والمشرقة أيضًا.
- عندما تواجه الأمواج عقبات في طريقها، يمكن ملاحظة سلوكها من خلال مشاهدة حركة النقاط المظلمة والمشرقة على الورقة.
- دبابة الأمواج
- الموجة القادمة من مصدر نقطي تكون دائرية، في حين يكون شكل الموجة القادمة من مصدر خطي مستقيمًا.
- تنطبق معادلة الموجة وخصائصها المتعلقة بالسرعة والطول الموجي والتردد أيضًا على الموجات ثنائية الأبعاد.
- عند فحص الموجة، يتم الإشارة إلى المقدمة كقمة أو قاع مستمر.
- تمثل الموجة اتجاه حركة نقطة على واجهة الموجة، ويكون اتجاه حركة الموجة عموديًا على جبهة الموجة عند تلك النقطة.
- موجات الجبهة وأشعة الموجة
- تعيين مجموعة خصائص الموجات الموجية
- انعكاس الموجات لموجات ثنائية الأبعاد
- يشير الشعاع المنبعث إلى شعاع الأمواج الواردة.
- يشير شعاع الموجة المنعكس إلى الشعاع الموجة الخارج.
- يشير الخط العمودي إلى الخط التخيلي الرأسي الذي يمر عبر الحاجز.
- زاويةُ السقوطِ تشيرُ إلى الزاويةِ بينَ الشعاعِ الساقطِ والعاديِ.
- زاوية الانعكاس هي الزاوية بين الشعاع المنعكس والشعاع العادي