بحث عن الموجات وانواعها
الأمواج هي مصطلح شائع ولا يحتاج إلى الكثير من التعقيد لكي نفهمها؛ فهي موجودة في حياتنا ونراها دائما، ومن خلال التجارب البسيطة يمكننا أن نتعرف على خصائصها. على سبيل المثال، عندما نلقي حجرا في بركة ماء، سنجد أن الحجر يغوص في الماء ويترك وراءه العديد من الأمواج التي تنتشر في جميع الاتجاهات حول المركز. من هذه التجربة البسيطة يمكننا أن نتعرف على الموجة وخصائصها
تعريف الموجة
الموجات هي شكل من أشكال انتقال الطاقة وحركتها في وسط مادي، تحدث الأمواج في وسط المواد المختلفة حيث تنتقل هذه الطاقة من مكان إلى آخر دون نقل جزيئات الوسط بشكل دائم
غير أن ليست جميع الموجات تتمتع بهذه الخاصية، فهناك موجات لا تحتاج إلى وجود مادة وسطية لتنتقل فيها من مكان إلى آخر، وتعرف هذه الموجات باسم الموجات الكهرومغناطيسية، وذلك بسبب قدرتها على الانتقال في الفراغ، وتتميز هذه الموجات بسرعتها العالية التي تسير بها بسرعة الضوء، إذ تصل سرعتها إلى 300 مليون متر في الثانية الواحدة
خصائص الموجات
تتميز الموجات بعدة خصائص مختلفة تسهل عملية تصنيفها، حيث تتميز بعض الموجات بطاقة عالية وتتميز أخرى بطاقة منخفضة، وفيما يلي سنذكر خصائص هذه الموجات
تردد الموجات
يعني تردد الموجة معدل تكرارها لنفسها في فترة زمنية محددة
هناك علاقة بين مفهوم التردد الموجي ومفهوم سرعة وطول الموجة
تعد الهرتز وحدة قياس لتردد الموجات، وهي وحدة عالمية
-يمكننا أن نوضح قانون الموجة بأنه ع = ت*λ، حيث أن (ت) يعني تردد الموجات، و(ع) هو سرعة انتشار الموجات، و (λ) هو طول الموجة أو كما يطلق علية لامدا.
-فمن هذا القانون نجد أن هناك علاقة عكسية بين طول الموجة وترددها، فكلما زاد تردد الموجة قل طول الموجة والعكس صحيح.
طول الموجات
يمكن تحديد الطول الموجي لأي موجة عن طريق قياس المسافة بين قاعدتين متتاليتين للموجة أو بين قمتين متتاليتين لها، وذلك باستخدام التقنيات المناسبة
يمكننا قياس طول الموجات الطولية عن طريق الضغط والتخلخل، وذلك بقياس المسافة بين نقطة الضغط ونقطة التخلخل
وحدة قياس الطول الموجي هي نفسها وحدة قياس الطول في جميع أنحاء العالم. فالأطوال تقاس بالمتر وكذلك الموجات تقاس بنفس الطريقة.
الزمن الدوري للموجات
الزمن الدوري هو الوقت الذي يستغرقه انتقال الموجة من نقطة إلى أخرى، والثانية هي وحدة قياس الزمن الدوري.
سعة الموجات
ترتبط طاقة الموجة بشكل وثيق بسعتها، حيث تعد من الخصائص التي تؤثر على مقدار طاقة الموجة
يمكن حساب سعة الموجة عن طريق حساب المسافة بين قمتها وقاعها
يُعرف قاع الموجة على أنه المستوى تحت الموجة الذي لا يوجد فيه حركة موجية، وحيث تتوزن المادة التي تنتقل من خلالها الموجة
-السعة يتم قياسها بنفس طريقة قياس الطول.
سرعة انتشار الموجات
تنتقل الموجات إما في وسط مادي أو في الفراغ مثل الموجات الكهرومغناطيسية
يمكن حساب سرعة انتشار الموجات باستخدام وحدات قياس الطول
– بالنسبة لسرعة انتشار الموجة، يتم قياسها بالمتر لكل ثانية، وهي وحدة عالمية لقياس السرعة.
طاقات الموجات
من أهم خصائص الموجة التي يجب دراستها، هي أن للموجة طاقة محددة يمكن نقلها من الموجة إلى أي شيء آخر
تتناسب طاقة الموجة مع الطاقة المنتقلة من الموجة بمربع تردد الموجة ومربع السعة، بالإضافة إلى أن طاقة الموجة تتناسب مع السعة بالأسلوب المذكور سابقا.
أنواع الموجات
هناك تصنيفان لأنواع الموجات وفقا لاعتماد الموجة على معيارين مختلفين، يعتمد المعيار الأول على اتجاه انتشار الموجة، والمعيار الثاني على حاجة الموجة إلى وجود وسط مادي ينقلها أو عدمه.
تصنيف الموجات وفق اعتمادها على اتجاه انتشار الموجة
الأمواج تنقسم إلى قسمين هما الأمواج الطولية والمُستعرضة:
الأمواج الطولية : الموجات الطولية تتكون من تضغط وتخلخل، حيث تتضمن كل موجة طولية تضغطا واحدا وتخلخلا واحدا، على سبيل المثال، فيما يتعلق بالصوت، تتضمن موجة الصوت تضغطا لجزيئات الهواء واقترابا بعضها من بعض ثم تباعدا بعضها عن بعض
الموجة المُستعرضة : تتألف الأمواج من قمم وأمواج، فمثلا، عندما نتحدث عن الموجة المائية، فإنها تتكون من ارتفاع وانخفاض على سطح الماء، وهذا ما يسمى بالقمة والأمواج
تصنيف الأمواج وفق الوسط الذي يحملها
تصنف الأمواج هنا إلى قسمين، قسم يصنف على أنه يحتاج إلى وسط ينتقل فيه، والآخر لا يحتاج إلى أي وسط، أي ينتقل في الفراغ. ويعرف هذا النوع الذي لا يحتاج إلى وسط ينتقل فيه بالأمواج الكهرومغناطيسية، حيث لا تحتاج هذه الأمواج إلى وسط لنقل طاقتها من مكان إلى آخر. وتعتبر أمواج الضوء المرئي التي تأتي من الشمس وتعبر الفضاء حتى تصل إلينا على الأرض من الأمثلة الشهيرة على هذا النوع من الأمواج. أما النوع الثاني من الأمواج فيحتاج إلى وسط مادي لنقل طاقته من مكان إلى آخر، ويعرف هذا النوع بالأمواج الميكانيكية، ومن الأمثلة عليها الأمواج الصوتية