· الموجـة· الموجات
المستعرضة والطولية
·
التردد
والطول الموجي
|
|||
الموجــــــــــة :الموجة هى
اضطراب يتحرك أو ينتشــر فى الوسط بسرعة
معينة . فإذا أسقطنا حجرا فى ماء ساكن فإن
سطح الماء عند نقطة سقوط الحجر سيبدأ فى
الاهتزاز إلى أسفل و إلى أعلى و هكذا حركة
توافقية بسيطة و لكن هذا الاهتزاز لا
يتوقف على نقطة سقوط الحجر بل سينتشر مع
الزمن و بسرعة معينة فى المنطقة حول هذه
النقطة و تبدأ كل نقطة من النقاط فى هذه
المنطقة فى الاهتزاز . و الجدير بالذكر هنا
أن نوضح أنه لا توجد حركة انتقالية
للمــاء أى انتقال كميات من الماء مع
انتشار الموجة و لكن ذلك الذى ينتشر أو
يتحرك هو ذلك الاضطراب الذى حدث فى سطح
الماء عند إسقاط الحجر فيه . و من أهم خصائص
الموجات أيضا أن الموجة تحمل معها طاقة من
مكان إلى آخر فسطح الماء بعيدا عن نقطة
سقوط الحجر والذى كان ساكنا أصبح الآن
يهتز أى انتقلت إليه الطاقة . كذلك الصوت
عبارة عن موجات تتولد عند اهتزاز
الأجسام مثل اهتزاز فرعى الشوكة
الرنانة و مثل اهتزاز وتر الجيتار أو
الحبال الصوتية فى الإنسان أو اهتزاز غشاء
سماعة الراديو . والصوت مثله مثل موجات
الماء يحتاج لانتقاله إلى وسط يحمل هذه
الموجات و قد يكون الوسط غازا أو سائلا أو
صلبا. و الذى يحدث فى حالة الموجات الصوتية
هو أنه عند طرق شوكة رنانة مثلا يضغط
فرع الشوكة على الهواء الملاصق له وهذا
يسبب زيادة ضغط الهواء و تسمى المنطقة
التى يزداد فيها ضغط الهواء منطقة تضاغط و
تنتشر هذه المنطقة بعيدا عن فرع الشوكة و
تسرى نبضة تضاغط فى الهواء بسرعة معينة
هى سرعة الصوت فى الهواء. و عندما يتحرك
فرع الشوكة إلى الناحية الأخرى مكملا
الإهتزازة يتسع الحيز المقابل له و يقل
ضغط هذه المنطقة عن الضغط الجوى حيث تتوزع
الجزيئات متباعدة عن بعضها و تسمى هذه
المنطقة منطقة تخلخل و تنتشر منطقة
التخلخل هذه لتعقب نبضة التضاغط . و
باستمرار اهتزاز فرع الشوكة الرنانة
تتعاقب نبضات التضاغط والتخلخل فتهتز
جزيئات الهواء على شكل حركة توافقية بسيطة
و تكون هذه الحركة على خط انتشار الموجة أى
أن الصــوت ينتشر على شكل موجات طوليـــة . وانتشار الصوت لا يصاحبه حركة انتقالية للهواء كما يحدث عند انتقال الرياح . فعندما نسمع صوتا من سماعة مثلا فإن جزيئات الهواء التى تتضاغط و تتخلخل بسبب اهتزاز غشاء السماعة ليست هى الجزيئات التى تؤثر على طبلة الأذن و لكن مع انتشار نبضات التضاغط و التخلخل فى موجة الصوت بعيدا عن المصدر المهتز فإن جزيئات الهواء تعمل حركة توافقية بسيطة حول نقط ثابتة و هى بذلك تتصادم مع الجزيئات المجاورة و بذلك تنتقل نبضات التضاغط و التخلخل إلى الأمام إلى أن تصل إلى طبلة الأذن . |
|||
الموجات المستعرضة والموجات الطولية : |
|||
الموجة المستعرضة : |
|||
|
|||
شكل ( 58 ) انتشار موجة مستعرضة في زنبرك |
|
||
الموجة
الطولية :
|
|||
|
|||
شكل ( 59 ) انتشار موجة مستعرضة في زنبرك |
|
||
|
|||
الــتردد : كل دورة
مكونة من تضاغط و تخلخل متعاقبين تشكل
موجة صوتية كاملة و التردد هو عدد الموجات
الكاملة التى تمر بنقطة معينة فى الوسط فى
الثانية . وعلى سبيل
المثال إذا كان فرع الشوكة الرنانة يهتز
إلى الأمام و إلى الخلف فى حركة توافقية
بسيطة 1000 اهتزازة فى الثانية فإن 1000 تضاغط
يعقبه تخلخل يتولد و ينتشر فى الوسط كل
ثانية أى أن تردد الموجات الصوتية
الحادثة هو 1000 هرتز. و لابد هنا أن نفرق بين
تردد الجسم المهتز و هو عدد الاهتزازات
التى يحدثها الجسم المهتز فى الثانية و
تردد الموجات الصوتية المنتشرة و هو عدد
الموجات الكاملة التى تمر بنقطة معينة فى
الوسط فى الثانية . ويسمى الصوت
الذى يكون له تردد واحد الصوت النقى . و تدل
التجارب على أن الشخص الشاب السليم يمكنه
أن يسمع الصوت ذا التردد الذى يقع بين 20 و
20000 هرتز أى 20 كيلوهرتز. و تقل القدرة على
سماع الترددات العالية مع تقدم السن . و
بصفة عامة فإن الشخص العادى متوسط العمر
يمكنه سماع الترددات إلى 12- 14 كيلوهرتز فقط
. و تسمى
الموجات الصوتية ذات التردد الأعلى من 20
كيلوهرتز بالموجات فوق الصوتية أو الفوق
صوتيات ultrasonic waves
و لكن أنواع معينة من الكلاب يمكنها
سماع ترددات أعلى من 30 كيلوهرتز و بذلك
يمكنها سماع كلاب أخرى لا يمكن للإنسان
سماعها. و الخفاش يمكنه سماع ترددات تصل
إلى 100 كيلوهرتز و هو يستخدم هذه المقدرة
فى تحديد مكانه.
|
|||
الطول الموجى : بالنسبة
للموجات المستعرضة يعبر عن الطول الموجى
بالمسافة بين أى قمتين متتاليتين أو قاعين
متتاليين . و فى الموجات الطولية فإن الطول
الموجى هو المسافة بين مركزى تضاغطين
متتاليين أو تخلخلين متتاليين . و بصفة
عامة فإن الطول الموجى هو المسافة بين
نقطتين على مسار الموجة يكون الاضطراب
عندهما له نفس القيمة و فى نفس الاتجاه
سواء كان هذا الاضطراب إزاحة فى السطح كما
فى حالة الموجات المائية ( المستعرضة ) أو
تغيرا فى الضغط كما فى حالة الموجات
الصوتية ( الطولية ) و يقال للنقاط التى
يكون فيها الاضطراب له نفس القيمة و فى نفس
الاتجاه بنقاط لها نفس الطور. و بالتالى
فإن : الطول
الموجى هو المسافة بين نقطتين متتاليتين
لهما نفس الطور ( الطور هو ذلك الكسر من
الموجة عند لحظة زمنية معينة) ويرمز للطول
الموجى بالرمز λ
ويقاس بالمتر و أجزائه . العلاقة
بين الطول الموجى و التردد و سرعة انتشار
الأمواج
من
المعروف أن الموجات تنتشر فى الوسط بسرعة
معينة ووالآن نعود إلى الشوكة الرنانة و
نتذكر أن فرع الشوكة يهتز اهتزازة كاملة
فى زمن قدره T
و هو الزمن الدورى و فى هذه الفترة
الزمنية تتولد موجة تضاغط و تخلخل
متتاليين و تنتشر هذه الموجة إلى مسافة
قدرها الطول الموجى λ
أى أن سرعة انتشار الموجة يساوى
و
لكن
سرعة
انتشار الموجة = الطول الموجى x التردد أى أنه يمكن حساب سرعة انتشار الموجات فى وسط ما من معرفة التردد والطول الموجى . |