الموجة، ومجموعها موجات أو 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 ، و لكن جزيئات الوسط تتحرك بشكل متعامد أو مواز لاتجاه حركة الموجة حول موقع ثابت.
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.
فهرس |
الأوساط الحاملة للأمواج
تنتشر المواج في أنواع متعددة من الأوساط الفيزيائية ، التي يشترط بها بعض التماسك لتأمين نقل الإشارات الموجية ، و يمكن تصنيف الوساط التي تنتشر بها المواج حسب خواصها الفيزيائية :
- وسط خطي linear medium : و هو وسط يمكن فيه جمع مطالات المواج في أي نقطة عند اجنماع موجتين فيها.
- وسط محدد bounded medium : و هو الوسط المحدود القياس ، و إلا 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 الإتجاهات.
الخواص المميزة للأمواج
تتميز الأمواج عن الجسمات بامتلاكها مجموعة من السلوكيات الفيزيائية :
- الانعكاس Reflection
- الانكسار Refraction
- الانعراج Diffraction
- التداخل Interference
- التبعثر Dispersion
- الانتشار الخطي Rectilinear propagation
أنواع الأمواج
يمكن تقسيم المواج إلى أمواج طولية Longitudinal و أمواج عرضية Transverse waves .
الأمواج المستعرضة هي الأمواج التي يكون فيها منحى الاهتزاز (الاضطراب) متعامدا مع منحى انتشار الموجة ، في حين يكون منحى الاهتزاز موافقا لمنحى الانتشار في الأمواج الطولية .
الوصف الفيزيائي للأمواج
مفاهيم أساسية
- 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 قعرين متتابعين أو المسافة المحصورة بين 3 قيم صفرية متتابعة للموجة.
- التردد Frequency أو التواتر:هو مقدار تكرر الموجة الواحدة ذات الطول الموجي المتفق عليه في كل وحدة زمن .
- المطال أو السعة Amplitude او الشدّة القصوى للموجة : 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).
- 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 - و ن )
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. ن هو الزمن بين بداية ونهاية موجة واحدة.
العلاقة بين سرعة انتقال الموجة وطولها وترددها هي:
ع = د × ل
حيث ع هي السرعة التي تتحرك فيها الموجة. ل هي طول الموجة د هو تردد الموجة أو تواترها ووحدته القياسية الهيرتز