▷ موجة (فيزياء)

يشرح هذا المقال ما هي الموجات في الفيزياء وما هي خصائصها. لذا، ستجد تعريف الموجة في الفيزياء، وأمثلة للموجات، وما هي عناصر الموجات، وأخيرا، ما هي أنواع الموجات المختلفة في الفيزياء.

ما هي الموجة في الفيزياء؟

في الفيزياء، الموجة هي اضطراب ينتشر في الفضاء حاملاً الطاقة ولكن دون نقل المادة. وبعبارة أخرى، الموجة هي اضطراب ينتقل عبر الفضاء الذي، بعد مرور الموجة، يبقى على حالته الأولية.

بشكل عام، الموجات التي تتم دراستها في الفيزياء هي موجات توافقية ودورية، مما يعني أن الرسم البياني لها يتكرر بشكل دوري مع مرور الوقت ويمكن تعريفها بواسطة دالة الجيب أو جيب التمام.

تتطلب بعض الموجات وسطًا ماديًا ليتم نقلها، بينما يمكن نقل موجات أخرى في الفراغ. أدناه سنرى ما هي الأنواع المختلفة للموجات.

أمثلة على الموجات

الآن بعد أن عرفنا معنى الموجة في الفيزياء، دعونا نلقي نظرة على عدة أمثلة للموجات اليومية لفهم المفهوم بشكل أفضل.

أمثلة على الموجات:

موجات صوتية.
تموجات تنشأ على سطح الماء عند رمي حجر.
الموجة الناتجة عن اهتزاز الوتر.
موجات تنتشر عبر الرصيف.
موجات كهرومغناطيسية.

عناصر الموجة

عناصر أو أجزاء الموجة هي:

الاستطالة (y) : هي المسافة بين موضع الموجة وموضع توازنها.
السعة (أ) : هي المسافة بين أقصى امتداد وموضع توازنه.
القمة : كل نقطة من أعلى نقاط الموجة.
الوادي : كل نقطة من أدنى نقاط الموج.
الدورة أو التذبذب : هي مسار الموجة من نقطة إلى النقطة المكافئة التالية لها.
الطول الموجي () : هو المسافة التي تفصل بين نقطتين متكافئتين متتاليتين من الموجة.
الدورة (T) : هي الزمن اللازم لإتمام التذبذب الكامل.
التردد (و) : هو عدد الذبذبات أو الاهتزازات التي تحدثها الموجة في وحدة الزمن.

$f=\cfrac{1}{T}$

التردد الزاوي (أو النبض) (ω) : هذه هي السرعة التي تؤدي بها الموجة التذبذبات.

$\omega=\cfrac{2\cdot \pi}{T}=2\cdot \pi \cdot f$

رقم الموجة (k) : يتم تعريفه على أنه عدد الدورات التي يتم تنفيذها على طول 2π متر.

$k=\cfrac{2\cdot \pi}{\lambda}$

سرعة الانتشار (v) : هذه هي السرعة التي تنتشر بها الموجة.

$v=\cfrac{\lambda}{T}=\cfrac{\omega}{k}$

معادلة الموجة

في الفيزياء، معادلة الموجة هي y(x,t) = A sin(k x ± ω t + φ ₀ ). تُستخدم هذه الصيغة لحساب استطالة الموجة في موضع محدد ووقت محدد.

$y(x,t)=A\cdot \text{sin}(k\cdot x\pm w\cdot t+\phi_0)$

ذهب:

$y$

هو استطالة الموجة.
$A$

هي سعة الموجة.
$x$

هي المسافة من النقطة المدروسة إلى أصل الموجة.
$k$

هو رقم الموجة.
$\omega$

هو التردد الزاوي أو النبضي.
$t$

هي لحظة من الزمن.
$\phi_0$

هي المرحلة الأولية للموجة.

تحدد العلامة الموجودة أمام السرعة الزاوية اتجاه انتقال الموجة. إذا كانت الإشارة سالبة فهذا يعني أن الموجة تنتشر نحو اليمين، ومن ناحية أخرى إذا كانت الإشارة موجبة فهذا يعني أن الموجة تنتشر نحو اليسار.

ملاحظة: ضع في اعتبارك أن هناك عدة طرق للتعبير عن معادلة الموجة في الفيزياء، لذلك يمكن أيضًا التعبير عنها باستخدام دالة جيب التمام. ومع ذلك، فإن الصيغة الأكثر استخدامًا هي الوظيفة الموضحة في هذه المقالة.

أنواع الموجات

في الفيزياء، هناك عدة طرق لتصنيف الموجات، لذا سنرى أدناه ما هي أنواع الموجات المختلفة حسب المعايير المستخدمة لتصنيفها.

وفقا لأبعاد الانتشار

الموجات أحادية البعد : تنتشر الموجة في اتجاه واحد فقط.
موجات ثنائية الأبعاد : تنتشر الموجة في بعدين، أي على سطح ما.
موجات ثلاثية الأبعاد : تنتشر الموجة في ثلاثة أبعاد، أي عبر الفضاء.

اعتمادا على اتجاه التذبذبات

الموجات الطولية : اتجاه الاهتزازات هو نفس اتجاه انتشار الموجة.
الموجات المستعرضة : اتجاه الاهتزازات عمودي على اتجاه انتشار الموجات.

اعتمادا على المتوسطة

الموجات الميكانيكية : تحتاج الموجة إلى وسط مادي لتنتشر.
الموجات الكهرومغناطيسية : يمكن أن تنتشر الموجة في الفراغ.

حسب ترددها

الموجات الدورية : يتكرر الرسم البياني الموجي بشكل دوري.
الموجات غير الدورية : تتأرجح الموجة بحرية دون اتباع نمط دوري.

للحصول على شرح أكثر تفصيلاً وأمثلة عن كل نوع من أنواع الموجات، اضغط على الرابط التالي:

➤ انظر: أنواع الموجات في الفيزياء