موجة

موجة سطحية في المياه

الموجة (ج موجات؛ وتسمى أيضا الموج [ج أمواج]) في الفيزياء هي أحد أشكال انتقال الطاقة، تتحرك الموجات في وسط مادي (باستثناء الموجات الكهرومغناطيسية وبعض أشكال الجزيئات الكمّية ذات الخصائص الموجية)، حيث تنتقل فيه الموجات وتنقل الطاقة من مكان إلى آخر بدون إزاحة جزيئات الوسط بشكل دائم، أي أنه لا تنتقل أي كتلة مع انتقال الموجة، ولكن جزيئات الوسط تتحرك بشكل متعامد أو مواز لاتجاه حركة الموجة حول موقع ثابت. وتنتشر الموجات الكهرومغناطيسية في الفراغ، أي من دون لزوم تواجد وسط مادي. ويعتبر الضوء وموجات الراديو وأشعة إكس وأشعة جاما أمثلة من الموجات الكهرومغناطيسية. ومن خصائص الموجات الكهرومغناطيسية أنها تنتشر في الفراغ بسرعة الضوء، والذي تقدر سرعته بالتقريب 300.000.000 متر في الثانية.

تكسر موجة على شاطيء صخري

للموجات صفة الدورية، فالموجات تكون عادة تكرار لنمط ما من الشدة في فترات زمنية متتابعة بقترة فاصلة ما بينهم، ويسمى عدد الموجات المارة في مقطع ما مقسوما على وحدة الزمن، التردد.

تسمى المسافة الافقية التي تقطعها الموجة الواحدة طول الموجة.

الأوساط الحاملة للأمواج

تنتشر المواج في أنواع متعددة من الأوساط الفيزيائية، التي يشترط بها بعض التماسك لتأمين نقل الإشارات الموجية، ويمكن تصنيف الوساط التي تنتشر بها المواج حسب خواصها الفيزيائية :

• وسط خطي linear medium : وهو وسط يمكن فيه جمع مطالات المواج في أي نقطة عند اجنماع موجتين فيها.

• وسط محدد bounded medium : وهو الوسط المحدود القياس، وإلا صنف أنه غير محدد.

• وسط متجانس uniform medium : إذا كانت الخواص الفيزيائية لجميع نقاط الوسط متشابهة.

• وسط متماثل المناحي isotropic medium : إذا كانت الخواص الفيزيائية للوسط متماثلة في جميع الاتجاهات.

الخواص المميزة للأمواج

تتميز الأمواج عن الجسمات بامتلاكها مجموعة من السلوكيات الفيزيائية :

• الانعكاس Reflection ويقسم إلى انعكاس منتظم وانعكاس غير منتظم

• الانكسار Refraction

• الحيود Diffraction

• التداخل Interference ويقسم إلى تداخل بناء وتداخل هدام

• التشتت Dispersion

• التبعثر scattering

• الانتشار الخطي Rectilinear propagation

أنواع الأمواج

موجة عرضية.

موجة النابض (كمثال للموجة الطولية).

يمكن تقسيم المواج إلى أمواج طولية وأمواج عرضية.

• الأمواج العرضية هي الأمواج التي يكون فيها منحى التموج متعامدا مع منحى انتشار الموجة مثل موجات الماء والحبل المتحرك والموجات الكهرومغنطيسيه، وتكون على شكل قمه وقاع.

تنتقل الموجات العرضية(المستعرضة) في الوسط المرن (مثل الجسم الصلب والسطح الحر للسائل) الذي تتوافر بين جزيئاته قوى تماسك كافية ليتمكن الجزئ المهتز من تحريك الجزيئات المجاورة لة بأتجاه عمودي على اتجاه انتشار الموجة.

• الأمواج الطولية: يكون منحى التموج موافقا لمنحى الانتشار في الأمواج الطولية مثل امواج النابض وامواج الصوت.وتكون على شكل تضاغط وتخلخل.

تنتقل في الاوساط المختلفة (صلب وسائل وغاز) لانها لا تحتاج إلى قوى تماسك كبيرة بين الجزيئات.

الوصف الفيزيائي للأمواج

مفاهيم أساسية

1. طول الموجة Wavelength: اتفق على أن طول الموجة هو أصغر جزء متكرر مكون للموجات، وطوله يساوي المسافة بين قمتين متتابعتين، وهو يساوي أيضا المسافة بين قاعين متتابعين أو المسافة المحصورة بين 3 قيم صفرية متتابعة للموجة.

1. التردد Frequency أو التواتر:هو مقدار تكرر الموجة الواحدة ذات الطول الموجي المتفق عليه في كل وحدة زمن. ويعرف بالعلاقة التالية.

$N=1/T$ حيث Tهو دور الموجة (أصغر مدة زمنية تعود فيها نقطة من وسط الانتشار ألى نفس الحالة الاهتزازية)

1. المطال أو السعة Amplitude أو الشدّة القصوى للموجة أو الاتساع: هو القيمة المطلقة لأعلى مسافة إزاحة تحدثها الموجة، ويمكن تخيلها بأعلى ارتفاع تصله موجة تنتقل في حبل، أو أعلى فرق ضغط يحدثه صوت ما في الهواء (بإهمال تضائل شدة الصوت مع المسافة).

1. الموجات الجيبية Sinusoidal Waves: هي موجات تتحرك في اتجاه ما (س) ويمكن تمثيل حركتها بعلاقة رياضية جيبيّة (جا زاوية) هي:

ش == ق(س، ن) == ع جا (ك س - ون)

حيث ش هي شدة الموجة. . س الموقع على خط حركة الموجة.

ن الزمن المار منذ بداية الموجة.

ع أعلى شدّة للموجة (قمة الشّدة) أو مطالها

العلاقات الأساسية

د = 1 \ن

د هو تردد الموجة ووحدته القياسية الهيرتز، أو 1/ثانية.

ن هو الزمن بين بداية ونهاية موجة واحدة، أو الزمن بين قمتين متتاليتين.

العلاقة بين سرعة انتقال الموجة وطولها وترددها هي:

ع = (التردد)د × (طول الموجة) ل

حيث ع هي السرعة التي تتحرك بها الموجة، ووحدتها متر في الثانية.

ل هي طول الموجة، ووحدتها متر.

د هو تردد الموجة أو تواترها ووحدته القياسية الهيرتز، أو 1/ ثانية.

إنظر أيضا

• موجة صوتية Audience wave
• Beat wave
• أمواج شعرية Capillary waves
• Cymatics
• مويجة Ripple
• تأثير دوبلر Doppler effect
• سرعة الزمرة Group velocity
• موجة عطالية Inertial wave
• قائمة مواضيع الأمواج List of wave topics
• موجة سطحية محيطية Ocean surface wave
• سرعة الطور Phase velocity
• معادلة التفاعل-النفوذ Reaction-diffusion equation
• Ripple tank
• موجة حمراء(علم المحيطات) Rogue wave (oceanography
• معادلات الماء الضحل Shallow water equations
• موجة مستقرة Standing wave
• وسط انتقال Transmission medium
• اضطراب موجة Wave turbulence

مصادر

• Campbell, M. and Greated, C. (1987). The Musician’s Guide to Acoustics. New York: Schirmer Books.
• French,A.P. (1971). Vibrations and Waves (M.I.T. Introductory physics series). Nelson Thornes. ISBN 0-393-09936-9. ‎
• Hall, D. E. (1980). Musical Acoustics: An Introduction. Belmont, California: Wadsworth Publishing Company.
• Hunt, F. V. (1978). Origins in Acoustics. New York: Acoustical Society of America Press, (1992).
• Ostrovsky, L. A. and Potapov, A. S. (1999). Modulated Waves, Theory and Applications. Baltimore: The Johns Hopkins University Press.
• Vassilakis, P.N. (2001). Perceptual and Physical Properties of Amplitude Fluctuation and their Musical Significance. Doctoral Dissertation. University of California, Los Angeles.

وصلات خارجية

• A Radically Modern Approach to Introductory Physics - an online physics textbook that starts with waves rather than mechanics
• Interactive Visual Representation of Waves
• Science Aid: Wave properties - Concise guide aimed at teens
• Simulation of diffraction of water wave passing through a gap
• Simulation of interference of water waves
• Simulation of longitudinal traveling wave
• Simulation of stationary wave on a string
• Simulation of transverse traveling wave
• Sounds Amazing - AS and A-Level learning resource for sound and waves
• Vibrations and Waves - an online textbook
• - سرعة الضوء