شرح الموجات الطولية والمستعرضة والفرق بينهما
الموجة هي عبارة عن اضطراب يعمل على نشر الطاقة من مكان إلى آخر دون أن يتم نقل أي مادة، ومن أكثر الأمثلة المعروفة عن هذه العملية هيضرب الحجر على سطح الماء مما يخلق تموجات تنتقل على هيئة دوائر متماسكة المركز مع زيادة نصف القطر حتى تضرب الحدود الخاصة بالبركة،كما أن انواع الموجات تختلف، ويتمثلان في موجتان طولية وعرضية، وبالتالي يوجد فرق واضح بينهما كالآتي:[1]
- الموجة الطولية:يتحرك فيها الوسيط أو القناة في ذات الاتجاه بالنسبة للموجة، وهنا الجسيمات تتحرك من اليسار إلى اليمين وتُلزم الجسيمات الأخرى على الاهتزاز.
- الموجة المستعرضة:يتحرك فيها الوسيط أو القناة بطريقة عمودية على الاتجاه الخاص بالموجة، وهنا تتحرك الجسيمات لأسفل أو لأعلى في حين أن الموجات تتحرك أفقيًا.
خصائصالموجات الطولية
يُعرف عن حركة الطاقة بدايةً من نقطة وصولًا إلى النقطة الأخرى بالموجات بأنها اضطراب ينشر الطاقة من خلال وسيط، حيثتميل الجسيمات إلى أن تتحرك مع عبور الموجة أو الأمواج خلال أي مكان،وبالرغم من هذا لا يتوافر حركة صافية للجسيم،وذلك يعني أنه عند مرور الموجة، يرجع الجسيم إلى مكانه الرئيسي، وكما تم ذكره أن الموجات نوعين وهما الطولية والمستعرضة، فإن لكلًا منهما خصائصه، وفي ما يلي بيانها:
في الموجات الطولية بعض الخصائص ومنها:[2]
- تعمل الجسيمات على نقل الطاقة من نقطة إلى أخرى بواسطة الاهتزاز في الخط الخاص باتجاه انتشار الموجة.
- عند الموجات الطولية، تكون حركة الجسيمات في الغالب متوازية مع حركة الطاقة.
- يتم فيها إزاحة الجسيمات كذلك بحركة متوازية مع اتجاه الموجة المتنقلة.
- ومن الأمثلة على الموجات الطولية هو الضغط المتحرك على طول الخط الطفيف،حيث يمكن عمل موجة طولية من خلال سحب ودفع الخيط الخشن باتجاه أفقي، كماأن الموجات الطولية تنتقل على هيئة ضغط وخلخلة، بالإضافة إلى أنأحسن مثال على الموجات الطولية هي الموجات الصوتية.
خصائص الموجات المستعرضة
في الموجات المستعرضة تكون إزاحة الجسيم في اتجاه عمودي على اتجاه انتشار الموجة، كماأن هذه الموجات تتحرك في الغالب بطريقة جانبية حينما تتحرك الجسيمات لأسفل ولأعلى، ومن الخصائص التي يمكن ذكرها على الموجات المستعرضة التالي:[3]
- تعتبر الخصائص المتمثلة في الكثافة والضغط ثابتة في الموقع حينما يكون هناك انتشار للموجات المستعرضة.
- انتشار الموجات المستعرضة يكون ممكن فقط في حالة المواد الصلبة، وليس عن طريق الغازات أو السوائل، كما أنالموجات المستعرضة يمكنها فقط أن تظهر ظاهرة الاستقطاب،حيث يتم اهتزاز الجسيمات في الوسط في ذات المكان، وذلك ما يعرف بمستوى الاستقطاب أو الاهتزاز.
- حيث يتوقف انتشار الموجات المستعرضة على الصلابة التي يتمتع بها الوسط.
- تكوين القيعان والقمم النموذجية في الموجات المستعرضة يعتبر دوريًا على حاله.
مسائل على الموجات الطولية والمستعرضة
هناك مجموعة من المسائل على كلًا من الموجات الطولية والمستعرضة، والتي تؤدي إلى فهم أكثر لخصائص كلتاهما، وفي ما يلي بعض المسائل وحلولها:[4]
المسألة
خلال حفل موسيقي محلي، يتم تجهيز مكبر صوت من أجل إنتاج أصوات رئيسية ذو نبرة منخفضة مع نطاق تردد من حوالي 20 هرتز وحتى 200 هرتز، والتي تسطيع تشكيلها على هيئة موجات جيبية،كما أنه في نموذج أكثر بساطة، يسهُل نمذجة الموجات الصوتية التي تقوم السماعة بإنتاجها على أنها أنبوب أسطواني مغلق من طرف واحد ينتقل خلال الهواء بسرعة v = 331ms + 0.6ms (T)، إذ أن (T) تعتبر درجة الحرارة بالدرجة المئوية.
الحل
الإجابة الصحيحة أنها موجات طولية:
الموجات الصوتية هي عبارة عن موجات طولية، حيث إن الموجات تقوم بالانتشار من خلال ضغط وخلخلة في وسطها، حيثيطلق عليها اسم الموجات الطولية، إذ أن الجسيمات في الوسط التي تنتقل عن طريقه الموجة، تتأرجح بشكل متوازي مع الاتجاه الخاص بالحركة،وبديلًا لهذا تتأرجح الموجات المستعرضة بطريقة عمودية على اتجاه الحركة،كما أن الأمثلة المنتشرة للموجات المستعرضة هي الطاقة الضوئية .
المسألة
من الأمثلة على الموجات الطولية؟
الحل
من الأمثلة على الموجات الطولية هي الموجات الصوتية:
تقوم الموجات الطولية بنقل الطاقة بواسطة الضغط وخلخلة الوسط في ذات الاتجاه الذي يسافرون فيه، حيث إن العلاقة بين الطول الموجي والتردد ، هو أن الموجات الصوتية عبارة عن موجات طولية وتنتقل بضغط الهواء حتى تسبب الاهتزاز، كما أنه من الأمثلة على الموجات الكهرومغناطيسية يمكن ذكر الأشعة السينية،الضوء، والميكروويف، وذلك حتى في حالة عدم القدرة على تذكر إذا كانت عرضية أم طولية، لأن جميعهم عبارة عن أعضاء في ذات الظاهرة، وكذلك يكون لديهم نفس النوع من انتقال الموجة،بالإضافة إلى أنه يتم إنشاء الموجات المستعرضة بواسطة التذبذب داخل مستوى عمودي على اتجاه الحركة، إذ يمكن القول أن تأرجحالحبل يعتبر موجة عرضية، وهذا يرجع إلى كونه ينضغط في اتجاه الحركة.
أجزاء الموجة
الأمواج هي عبارة عن أحد الطرق التي يمكن عن طريقها نقل الطاقة بين المخازن، كما يمكن وصفها بأنها اهتزازات حول وضعية الراحة،فعلى سبيل المثالتؤدي الموجات الصوتية إلى اهتزاز جزيئات الهواء ذهابًا وإيابًا،كما ينتج عن التموجات عادةً اهتزاز جزيئات الماء لأعلى ولأسفلنحو هذه التذبذبات، وهو يعد الفرق بين الموجات العرضية أو الطولية،بالإضافة إلى أنه في الطول الموجي ، تكون الاهتزازات موازية للاتجاه الخاص بحركة الموجة، وكذلك في الموجات المستعرضة، تكون الاهتزازات على شكل زاوية قائمة على اتجاه انتقال الموجة،إلى جانب ذلك يمكن تجزأة الموجة عن طريق وصف المصطلحات الآتية:[5]
- الإزاحة:وهي المسافة التي قامت نقطة معينة بقطعها في الوسط بدايةً من وضع السكون.
- وضع الراحة:وهو الوضع غير المضطرب للجسيمات أو الحقول حينما تتوقف عن الاهتزاز.
- الحوض الصغير:وهو عبارة عن أدنى نقطة أسفل وسط الراحة.
- الذروة:وتمثل أعلى نقطة أعلى وسط الراحة.
- الطول الموجي:وهو المسافة التي تعمل دورة بأكملها من الموجة على تغطيتها، وفي الغالب تقاس بدايةً من القمة أو حتى من القاع.
- الاتساع:وهو الحد الأقصى لإزاحة نقطة موجة من مكان سكونها.
- التردد:عبارة عن عدد الموجات التي تمر بالنقطة كل ثانية.
- الفترة الزمنية:وتتمثل في الوقت الذي تستغرقه دورة كاملة للموجة، وتُقاس غالبًا من القمة وصولًا إلى القمة، أو من أدنى نقطة وحتى القاع.
إظهار الموجات المستعرضة
تدل الموجة المستعرضة على وجود موجة متحركة تكون اهتزازاتها في وضع متعامد على المسار الخاص بالانتشار، بالإضافة إلى هذا، فإن أفضل مثال لموجة مثل هذه هو الموجة التي يتم تكوينها على غشاء الطبل، وإلى جانب يتم انتشار الموجات في اتجاهات متوازية مع مستوى الغشاء، كما أن الحدوث المنتشر للموجات المستعرضة يكون في المواد الصلبة ذات المرونة، وتؤدي التذبذبات في الحالات مثل هذه إلى إزاحة الجسيمات الصلبة في مواضع بعيدة عن موقع استرخاءها، في الاتجاه الذي يعتبر عموديًا على انتشار الموجة.[6]
