تعريف الموجات
تتبع جميع الموجات مجموعة من الخصائص المميزة المعينة، ويتعين على الموجات أن تتأثر بالانكسار والانعكاس والتداخل والحيود، وتعمل هذه الخصائص الأساسية على تحديد سلوك الموجة.
يشار إلى أي شيء ينعكس وينحرف ويتداخل وينكسر بمصطلح الموجة.
كيف يكون سلوك الموجات عند الحواجز
موجات تخضع للانكسار
يحدث إنكسار للأمواج عندما تصطدم بالمياه الضحلة، مثل تلك الموجودة في جزيرة سانتا كروز الغربية، وذلك لأن الموجات تميل إلى اتباع السواحل المعقدة بسبب الإنكسار في المياه الضحلة.
يمكن أن يساعد تفهُّم سلوك الأمواج في فهم تفاعل الماء مع كوكب الأرض.
تتشكل الأمواج في أعماق المحيطات نتيجة لتأثير الرياح، وتأخذ أنماطًا وأشكالًا محددة، ولكنها تتحطم عندما تصطدم بالسواحل الوعرة.
تؤثر الانحراف والانكسار والتداخل بطرق مختلفة على توجيه مسارات وتأثيرات الأمواج على السواحل.
يحدث الانكسار عندما تتباطأ الأمواج ويتغير اتجاهها، وفي المياه الضحلة تتباطأ الأمواج بسبب القوة التي يمارسها قاع البحر عليها.
عندما تقترب الموجة من المياه الضحلة بزاوية، يتباطأ الجزء القريب من الشاطئ أكثر من الجزء البحري من الموجة، وذلك لأن المياه الضحلة تسبب تغييرًا في اتجاه الموجة.
موجات منعكسة
عادةً ما لا يكون انعكاسُ موجات المياه على الساحل جزءًا مهمًا من سلوك الأمواج عندما ترتد، إلا في حالة وجود منحدر شديد على الساحل أو وجود جدارٍ بحري. ومع ذلك، تميل الموجات التي تعرف باسم الموجات المنعكسة إلى التداخل مع الموجات القادمة.
موجات متداخلة
يحدث التداخل عندما تتأثر الأمواج ببعضها البعض. عندما تتلاقى موجتان تسافران في اتجاهات مختلفة، يتم دمج طاقتهما معا وتكوين أشكال وأنماط تداخلية. يمكن أن تنشأ مناطق تتميز بارتفاع شديد للموجات عندما تتراكم بالتناوب مع مناطق منخفضة أو ضعيفة الموجات، أو مناطق بدون موجات على الإطلاق. وفي هذه الحالة، يطلق على هذا التداخل اسم التداخل المدم.
يؤثر التداخل على حجم الموجات، ويحدث عندما تتفاعل مجموعتان ذات ترددات متشابهة، حيث يتداخلون مع بعضهم البعض ويشكلون مجموعات مختلفة.
يعني التداخل أن تفاعل الموجات سيتغير.
موجات تخضع للانعراج
يثير الانعكاس الاهتمام بالنسبة لعلم الأمواج، لأنه يعني وصول طاقة الموجات إلى مناطق تسمى مناطق الظل، وهي جزء مهم من سلوك الموجات داخل الموانئ والمرافق والهياكل المبنية، والجزر البحرية.
تكون الانعراج أكثر أهمية في المناطق التي تتميز بمياه ضحلة عن المياه العميقة، حيث تزداد حدة الانحناء مع زيادة الطول الموجي وتقل مع تناقصه، وذلك بسبب العلاقة الطردية بين حالة الانعراج والأطوال الموجية.
خصائص الموجات
التردد
- هو مقياس لعدد الموجات التي تمر عبر نقطة ما خلال فترة زمنية محددة.
- كلما زاد التردد، زاد اقتراب الموجات من بعضها البعض وزادت الطاقة التي تحملها الأمواج.
السَّعَة
- تعني السَّعَة عملية قياس المسافة بين خط يمر بين منتصف موجة وقمة أو قاع.
- كلما زادت الطاقة المولدة من الموجة، زاد اتساعها وزادت الطاقة التي تحملها.
- النقطة العليا في الموجة الموجودة تدعى القمة، والنقطة السفلى في الموجة الموجودة تدعى القاع.
- في الموجة المتزايدة من الموجعة ، كلما تزايدت الطاقة الكهرومائية.
- الأصوات العالية هي تلك التي تتمتع بسعة كبيرة.
- الضوء الذي يتميز بسعته الكبيرة هو الأكثر سطوعًا.
الطول الموجي
- الطول الموجي هو وحدة قياس المسافة بين القمة في موجة واحدة والقمة في موجة أخرى.
- الأطوال الموجية الطويلة تتأثر بالتردد وتتميز بأنها أطوال موجية قصيرة.
- يؤدي التردد الأعلى إلى توليد موجات أقصر طولاً وطاقة أكبر.
السرعة
- السرعة هي المسافة التي تقطعها الموجة خلال فترة زمنية محددة، ويتم تحديد سرعة الموجة بناءً على نوع الموجة وطبيعة الوسط وسرعة انتشار الموجة.
- عندما تدخل الموجة إلى وسط متغير، تتغير سرعتها.
- تتحرك الموجات بسرعات مختلفة في وسائط متنوعة.
- تنتقل جميع الترددات الخاصة بالموجات الكهرومغناطيسية بنفس السرعة، ولكن في الفضاء الخارجي.
أنواع الموجات
موجات ميكانيكية
هي الموجات التي تنقل الطاقة عبر وسط معين وتعتبر المسؤولة عن نقل الطاقة.
يتم تحديد مسافة الانتشار بواسطة وسيط عملية الإرسال، وفي هذه الحالة، تتحرك المادة المتذبذبة حول نقطة ثابتة، مع وجود حركة انتقالية ولكنها ضعيفة جدًا.
تتميز الموجات الميكانيكية بخاصية القياس الخاصة بها، والتي يتم قياسها عن طريق الإزاحة المقسومة على الطول المعروف باسم الطول الموجي، وهي واحدة من الخصائص المثيرة للاهتمام لهذه الموجات.
عندما يكون هذا العامل بلا أبعاد ، فإن التأثيرات التوافقيةالمعروفة باسمها ستحدث ، مثل كسر الأمواج على الشاطئ عندما يتجاوز هذا العامل الرقم 1 مما يؤدي إلى حدوث اضطرابات.
موجات كهرومغناطيسية
تتم إنشاء الموجات الكهرومغناطيسية عن طريق اندماج المجالات الكهربائية والمغناطيسية.
الضوء الذي نراه والألوان المحيطة بنا هي نتيجة الموجات الكهرومغناطيسية، وهي الموجات التي لا تتطلب وجود وسيط لنقلها، وهذا هو العكس تمامًا من الموجات الميكانيكية.
تنتقل جميع أنواع الموجات الكهرومغناطيسية في الفراغ بنفس السرعة، وهي 299،792،458 مللي ثانية. وتشمل هذه الموجات الميكرويف والأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية وموجات الراديو التي تتواجد داخلها.
موجات المادة
تم اكتشاف الطبيعة المزدوجة للمادة وقدرتها على الوجود كجسيم وموجة لأول مرة عن طريق مؤسسي مجال فيزياء الكم.
خصائص موجات الصوت
الطول الموجي
- الطول الموجي هو الحد الأدنى للمسافة التي يتكرر فيها نفس الموجة الصوتية.
- يشار إلى الطول الموجي بحرف يوناني يسمى لامدا λ.
- المسافة بين مراكز الانضغاط والانبساط في الموجة تساوي نصف طول الموجة.
- وحدة قياس الطول الموجي هي المتر.
السَّعَة
- عندما تمر الموجة عبر وسط ما، فإن جزيئات الوسط تتحرك مؤقتًا عن مواقعها الأصلية غير المضطربة.
- يُطلق على الانزياح الحد الأقصى لجسيمات الوسط عن مواقعها الأصلية غير المضطربة عند مرور الموجة عبر الوسط باسم `سعة الموجة`.
- يتم استخدام مصطلح السعة لوصف حجم الموجة، ووحدة قياس السعة هي المتر، على الرغم من أنها أحيانًا تُقاس بالسنتيمتر.
- سعة الموجة تساوي سعة الجسم المهتز الذي ينتج عنها.
الفترة الزمنية
- يشير مصطلح الفترة الزمنية للموجة إلى المدة المطلوبة لإتمام دورة كاملة من الموجة، ويمكن إنتاج موجة كاملة عن طريق اهتزاز الجسم بشكل كامل.
- يرمز إلى الفترة الزمنية بحرف T
- الوحدة الزمنية الأساسية لقياس دورة الموجة هي الثانية.
التردد
- تُطلق على عدد الموجات أو الدورات الكاملة التي يتم إنتاجها في الثانية الواحدة مصطلح تردد الموجة.
- وحدة قياس التردد هي الهرتز.
- في بعض الأحيان، يعرف أعلى وحدة تردد بالكيلوهرتز، والكيلوهرتز يحتوي على ألف هرتز.
- يشير الحرف f إلى تردد الموجات الصوتية.
- تردد الموجة يتوافق مع تردد الاهتزاز الذي يتم إنتاج الموجة من خلاله.
- من خلال معرفة جميع المعلومات المتعلقة بالموجات وأنواعها، يمكننا إجراء بحث حول سلوكها ومعرفة أنواعها وخصائصها وكل ما يتعلق بها من معلومات دراسية مهمة.