مذكرة شرح فزياء

المهندس في الفزياء

رابط المذكرة \ من هنا

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 غاما 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 تكرارا لنمط ما من الشدة في فترات زمنية متتابعة بفترة فاصلة بينها، ويسمى عدد الموجات المارة في مقطع ما مقسوما على وحدة الزمن، التردد.
تسمى المسافة الافقية التي تقطعها الموجة الواحدة طول الموجة.

الاوساط المادية

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

• وسط خطي linear medium : وهو وسط يمكن فيه جمع مطالات الأمواج في أي نقطة عند اجتماع 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

موجة صغيرة تصطدم بصخور على أحد شواطئ الإسكندرية.

تتميز الأمواج عن الجسمات بامتلاكها مجموعة من السلوكيات الفيزيائية :

• الانعكاس ويقسم إلى انعكاس منتظم وانعكاس غير منتظم
• الانكسار.
• الحيود.
• التداخل ،ويقسم إلى تداخل بناء وتداخل هدام.
• التشتت .
• التبعثر.
• الانتشار الخطي.

أنواع الأمواج

موجة عرضية.

موجة النابض (كمثال للموجة الطولية).

يمكن تقسيم الأمواج 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 الأوساط المختلفة (صلب وسائل وغاز) لانها لا تحتاج إلى قوى تماسك كبيرة بين الجزيئات.
وهناك نوعين من الموجات وهما

• الموجات الكهرومغناطسية
• الموجات الميكانيكية

الوصف الفيزيائي للأمواج

مفاهيم أساسية

1. طول الموجة Wavelength: تم الاتفاق على أن طول الموجة هو المسافة بين قمتين متتاليتين أو بين قاعين متتاليين
2. التردد Frequency أو التواتر:هو مقدار تكرر الموجة الواحدة ذات الطول الموجي المتفق عليه في كل وحدة زمن. ويعرف بالعلاقة التالية.

${\displaystyle f=1/T}$ حيث T هو الدوري.

العلاقات الأساسية

د = 1 \ن

د هو تردد الموجة ووحدته القياسية الهيرتز Hz ، 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 مترm .
د هو تردد الموجة أو تواترها ووحدته القياسية الهيرتز Hz ، أو 1/ ثانية.
وتتوقف سرعة انتشار الموجة في وسط على طبيعة هذا الوسط أى أنها تتغير بتغير هذا الوسط. وقد تتغير سرعة انتشار الموجة في نفس الوسط بتغير كثافة هذا الوسط أو درجة حرارته. يتوقف تردد الموجة على تردد المصدر وليس وسط الانتشار.

إنظر أيضا

• موجة صوتية Audience wave
• أمواج شعرية Capillary waves
• مويجة Ripple
• تأثير دوبلر Doppler effect Group velocity Inertial wave List of wave topics Ocean surface wave
• سرعة الطور Phase velocity Reaction-diffusion equation Rogue wave (oceanography Shallow water equations
• موجة مستقرة Standing wave Transmission medium Wave turbulence