▷ الموجة الميكانيكية: الخصائص والصيغة والأنواع والأمثلة

يشرح هذا المقال ما هي الموجات الميكانيكية في الفيزياء وما هي خصائصها. لذا، ستجد تعريف الموجة الميكانيكية، وأمثلة للموجات الميكانيكية، وما هي معادلة الموجة الميكانيكية، وأيضًا ما هي الأنواع المختلفة للموجات الميكانيكية.

ما هي الموجة الميكانيكية؟

الموجة الميكانيكية هي نوع من الموجات التي تنتقل عبر وسط مادي، أي أن الموجات الميكانيكية هي الموجات التي تنتقل عبر وسط مادي.

وبالتالي فإن الموجات الميكانيكية تسبب اضطرابًا مؤقتًا في الوسط الذي تنتشر فيه، دون أن يتم نقله.

على سبيل المثال، الموجة الصوتية هي موجة ميكانيكية. تنتقل الموجات الصوتية عبر الهواء. لذلك، عندما تتأرجح عبر وسط مادي، فهي موجة ميكانيكية.

إحدى الخصائص الرئيسية للموجات الميكانيكية هي أنها تنقل الطاقة. وفي الواقع، فإن الطاقة التي تحملها الموجة الميكانيكية يمكن أن تكون كارثية، كما هو الحال مع الموجات الزلزالية.

في الفيزياء، تسمى الموجات الميكانيكية أيضًا بالموجات المادية لأنها تحتاج إلى وسط مادي للانتشار.

أمثلة على الموجات الميكانيكية

بعد الاطلاع على تعريف الموجة الميكانيكية، سنرى الآن عدة أمثلة لهذا النوع من الموجات لفهم المفهوم بشكل كامل.

أمثلة على الموجات الميكانيكية:

الموجات الصوتية هي موجات ميكانيكية.
الموجة الزلزالية هي أيضًا موجة ميكانيكية.
الموجات السطحية المتولدة على سطح الماء نتيجة اصطدام جسم ما هي موجات ميكانيكية.
الموجات التي تنتشر عبر الزنبرك هي موجات ميكانيكية.

خصائص الموجة الميكانيكية

تتميز الموجات الميكانيكية بالخصائص أو الأجزاء التالية:

الاستطالة (y) : هي المسافة بين موضع الموجة وموضع توازنها.
السعة (أ) : هي المسافة بين الحد الأقصى للتمدد وموقع التوازن الخاص بك.
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.

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

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

$v=\cfrac{\lambda}{T}=\lambda\cdot f$

خصائص الموجة الميكانيكية، أجزاء الموجة الميكانيكية

صيغة الموجة الميكانيكية

إن الدالة الرياضية التي تجعل من الممكن وصف حركة الموجة الميكانيكية هي دائمًا ما يلي:

$y=f(x\pm v\cdot t)$

ذهب:

$y$

هو استطالة الموجة.
$x$

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

هي سرعة انتشار الموجة.
$t$

هي لحظة من الزمن.

تشير العلامة الموجودة أمام سرعة الانتشار إلى ما إذا كانت الموجة الميكانيكية تتحرك إلى اليمين (إشارة سلبية) أو إلى اليسار (إشارة إيجابية).

إذا كانت الموجة الميكانيكية موجة توافقية ، فإن معادلة الموجة الميكانيكية هي y(x,t) = A·sin(k·x ± ω·t + φ ₀ ). تستخدم هذه الصيغة لحساب استطالة نقطة على الموجة الميكانيكية في موضع محدد وفي وقت 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 الميكانيكية.
$x$

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

هو الرقم الموجي، والذي يتم حسابه بالتعبير التالي:

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

هو التردد الزاوي أو النبضي.
$t$

هي لحظة من الزمن.
$\phi_0$

هي المرحلة الأولية للموجة.

أنواع الموجات الميكانيكية

أنواع الموجات الميكانيكية هي:

الموجة الطولية : نوع من الموجات الميكانيكية التي تهتز في نفس اتجاه انتشار الموجة.
الموجة المستعرضة : نوع من الموجات الميكانيكية التي تهتز بشكل عمودي على اتجاه انتشار الموجة.

موجه طويلة

الموجة الطولية هي موجة ميكانيكية تحدث فيها الحركة التذبذبية للجزيئات في الوسط في نفس اتجاه انتشار الموجة. أي أن أطراف الموجة الطولية تتأرجح طولياً.

على سبيل المثال، الموجات الصوتية هي موجات طولية، حيث أن في هذا النوع من الموجات تكون حركة أطرافها موازية لانتشار الموجة.

➤ انظر: خصائص الموجة الطولية

موجة عرضية

الموجة المستعرضة هي موجة ميكانيكية تكون اهتزازاتها متعامدة مع اتجاه انتشار الموجة. أي أن نقاط الموجة المستعرضة تتحرك بشكل عرضي في اتجاه انتقال الموجة.

على سبيل المثال، الخيط المتصل في أحد طرفيه والذي يتأرجح هو موجة مستعرضة. إذا ثبتنا طرف حبل وحركنا طرفه الآخر عموديا، تتولد اهتزازات عمودية على اتجاه انتقال الموجة على الحبل، فهي بالتالي موجة عرضية.

➤ انظر: خصائص الموجة المستعرضة