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 $v = f\lambda$.
• 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 $\lambda$ هو المسافة بين نقطتين متتاليتين في الطور نفسه، مثل قمة وقمة تليها، ويُقاس بالمتر. والسعة $A$ أقصى إزاحة لجزء من الوسط عن موضع اتزانه.

منحنيان مختلفان

• منحنى الإزاحة مع الموضع ($y$–$x$): 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 ($y$–$t$): 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 $f$ موجة في الثانية، وطول كل منها $\lambda$، فيتقدم الاضطراب في الثانية مسافة $f\lambda$:

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 $c = 3 \times 10^{8}$ م/ث.

أسئلة للتدريب

1. ما الذي ينتقل عندما تمر موجة في حبل؟ وما الذي لا ينتقل؟
2. موجة سرعتها 12 م/ث وترددها 3 هرتز. احسب طولها الموجي وزمنها الدوري.
3. من أي المنحنيين نقرأ الزمن الدوري لموجة؟ ولماذا لا نقرؤه من الآخر؟
4. صنف كلًّا مما يأتي إلى مستعرضة أو طولية: موجة على وتر، الصوت في الهواء، الضوء.
5. لماذا لا يُسمع صوت انفجار على سطح القمر، بينما نرى ضوءه؟