الفيزياء · الصف الثاني الثانوي · الترم الأول
الموجات الجيبية
الموجة اضطراب منتقل ينقل الطاقة دون انتقال المادة، والقمة والقاع والطول الموجي والسعة، وقراءة منحنى الإزاحة مع الموضع ومنحنى الإزاحة مع الزمن، والعلاقة v = fλ، والموجات المستعرضة والطولية والميكانيكية والكهرومغناطيسية.
آخر تحديث: · كيف نراجع المحتوى
مقدمة
- المادة: الفيزياء
- المسار: مسار الطب وعلوم الحياة
- الوحدة: الفصل الثاني: الحركة الاهتزازية والموجات
في مباراة كرة قدم يصنع الجمهور «الموجة»: تقف مجموعة من المشجعين وترفع أذرعها ثم تجلس بينما تقف المجموعة المجاورة، فيدور الاضطراب حول الملعب كله في ثوانٍ، ومع ذلك يبقى كل مشجع في مقعده. ما الذي انتقل إذن؟ في هذا الدرس نعرّف الموجة ونتعلم قراءة منحنياتها وحساب سرعتها.
أهداف التعلم
- أن تصف الموجة بأنها اضطراب منتقل ينقل الطاقة دون انتقال صافٍ للمادة.
- أن تحدد السعة والطول الموجي من منحنى الإزاحة مع الموضع، والزمن الدوري من منحنى الإزاحة مع الزمن.
- أن تحسب سرعة الموجة من .
- أن تميز بين الموجات المستعرضة والطولية، وبين الموجات الميكانيكية والكهرومغناطيسية.
شرح الدرس
ما الموجة؟
الموجة اضطراب ينتقل من مكان إلى آخر حاملًا الطاقة دون انتقال صافٍ للمادة. في الموجة الميكانيكية ينتقل الاضطراب خلال وسط مادي (حبل أو ماء أو هواء)، ويهتز كل جزء صغير من الوسط حول موضع اتزانه أثناء مرور الموجة ثم يعود إليه. فإذا ربطت شريطًا من القماش في حبل وأرسلت نبضة، رأيت الشريط يتحرك لأعلى ولأسفل فقط بينما تنتقل النبضة على طول الحبل.
إذا اهتز المصدر حركة توافقية بسيطة تكونت موجة جيبية. أعلى نقاطها القمم وأدناها القيعان، والطول الموجي هو المسافة بين نقطتين متتاليتين في الطور نفسه، مثل قمة وقمة تليها، ويُقاس بالمتر. والسعة أقصى إزاحة لجزء من الوسط عن موضع اتزانه.
منحنيان مختلفان
- منحنى الإزاحة مع الموضع (–): يبين إزاحات نقاط الوسط كلها في لحظة واحدة؛ كأنه صورة للموجة. نقرأ منه الطول الموجي والسعة، ولا نقرأ منه الزمن الدوري مباشرة.
- منحنى الإزاحة مع الزمن (–): يبين إزاحة نقطة واحدة من الوسط مع مرور الزمن؛ كأنه فيديو لتلك النقطة. نقرأ منه الزمن الدوري والسعة، ولا نقرأ منه الطول الموجي.
سرعة الموجة
يُصدر المصدر موجة في الثانية، وطول كل منها ، فيتقدم الاضطراب في الثانية مسافة :
سرعة الموجة تحددها خواص الوسط؛ فشد الحبل أكثر يزيد سرعة النبضة، أما زيادة السعة فتزيد الطاقة المنقولة ولا تغير السرعة.
أنواع الموجات
- المستعرضة: تهتز جزيئات الوسط عموديًّا على اتجاه انتشار الموجة، مثل الموجة على حبل.
- الطولية: تهتز جزيئات الوسط موازية لاتجاه الانتشار، مثل الصوت في الهواء، وتتكون من تضاغطات (ضغط أعلى) وتخلخلات (ضغط أقل).
- الميكانيكية تحتاج إلى وسط مادي، فالصوت لا ينتقل في الفراغ.
- الكهرومغناطيسية، مثل الضوء، تنتقل في الفراغ بسرعة م/ث.
أمثلة وتطبيقات
مثال 1: موجة على حبل ترددها 4 هرتز وطولها الموجي 1.5 م. سرعتها م/ث، وزمنها الدوري ث.
مثال 2 (قراءة المنحنيين): يبين منحنى – لموجة أن المسافة بين قمتين متتاليتين 0.40 م، ويبين منحنى – لنقطة منها أن الزمن بين قمتين متتاليتين 0.05 ث. إذن م و ث، فتكون هرتز و م/ث.
مثال 3 (الصوت): نغمة ترددها 680 هرتز في هواء سرعة الصوت فيه 340 م/ث. طولها الموجي م.
مثال 4 (الضوء): ضوء طوله الموجي نانومتر ( م). تردده هرتز.
ملاحظات مهمة
- الخطأ الأكثر شيوعًا: قراءة الطول الموجي من منحنى الزمن أو الزمن الدوري من منحنى الموضع. انظر إلى المحور الأفقي أولًا.
- الطول الموجي من قمة إلى القمة التالية، لا من قمة إلى القاع التالي (فهذه نصف طول موجي).
- السعة من موضع الاتزان إلى القمة، لا من القمة إلى القاع.
- سرعة انتشار الموجة تختلف عن سرعة اهتزاز جزء الوسط؛ الأولى ثابتة في وسط معين، والثانية تتغير أثناء اهتزاز الجزء.
المفاهيم الأساسية
- الموجة تنقل الطاقة لا المادة؛ وأجزاء الوسط تهتز حول مواضع اتزانها.
- والسعة من منحنى –، و والسعة من منحنى –.
- و .
- مستعرضة: اهتزاز عمودي على الانتشار؛ طولية: اهتزاز موازٍ للانتشار (تضاغط وتخلخل).
- الصوت يحتاج إلى وسط، والضوء ينتقل في الفراغ بسرعة م/ث.
ملخص الدرس
الموجة اضطراب ينتقل في الوسط حاملًا الطاقة، بينما تهتز أجزاء الوسط حول مواضعها. نقرأ الطول الموجي والسعة من صورة الموجة (منحنى الإزاحة مع الموضع)، والزمن الدوري من حركة نقطة واحدة (منحنى الإزاحة مع الزمن)، ونربط بينها بالعلاقة . والموجات مستعرضة أو طولية حسب اتجاه اهتزاز الوسط، وميكانيكية تحتاج إلى وسط أو كهرومغناطيسية تنتقل في الفراغ.
أسئلة للتدريب
- ما الذي ينتقل عندما تمر موجة في حبل؟ وما الذي لا ينتقل؟
- موجة سرعتها 12 م/ث وترددها 3 هرتز. احسب طولها الموجي وزمنها الدوري.
- من أي المنحنيين نقرأ الزمن الدوري لموجة؟ ولماذا لا نقرؤه من الآخر؟
- صنف كلًّا مما يأتي إلى مستعرضة أو طولية: موجة على وتر، الصوت في الهواء، الضوء.
- لماذا لا يُسمع صوت انفجار على سطح القمر، بينما نرى ضوءه؟