الفصل الأول : مفاهيم أساسية في الحركة الموجية

المحاضرة الأولى
الفصل الأول
مفاهيم أساسية في الحركة الموجية

تصدر الموجات من جميع الأجسام المهتزة, فالموجات التي تصدر نتيجة اهتزاز أوتار ممدودة تنتج نغمات تصل إلينا خلال الهواء , وهناك أشكال كثيرة ومختلفة للموجات حيث إن ما نراه ونسمعه يصلنا عبر موجات الصوت والضوء والطاقة التي تزودنا بها الشمس تصلنا عبر الموجات أيضا .. وعلى الرغم من التباين الظاهر بين مختلف أنواع الموجات إلا إن جميعها تشترك بصفة واحدة وهي إنها وسيلة لانتقال الطاقة.
تنتقل الطاقة في الطبيعة من موقع لآخر في بطريقتين : الأولى تتم بواسطة انتقال المادة (الكتلة) والثانية تتم بواسطة انتقال الموجة .
في الطريقة الأولى تنتقل الطاقة من موقع إلى آخر مع انتقال الكتلة (المادة) كما في سيل الالكترونات المسؤولة عن انتقال الطاقة الكهربائية , وحركة جزيئات المائع المسؤولة عن نقل الطاقة الحرارية كما في طريقة الحمل ...الخ
وفي الطريقة الثانية تنتقل الطاقة من موقع إلى آخر عن طريق الموجة دون أن يصاحبها أي انتقال في الكتلة , والموجة يمكن أن تنتقل في وسط مادي أو في الفراغ كما في موجات الصوت والموجات الضوئية.
ويقصد بالموجة هي اضطراب لحظي ينتقل في الوسط المحيط بمصدر الاضطراب في اتجاه معين وبسرعة معينة ويقوم بنقل الطاقة في اتجاه انتشاره.
المقصود بالاضطراب نمط لحالة فيزياوية يولده مصدر متحرك مثال ذلك الشوكة الرنانة تولد اضطراب في الهواء نمطه على شكل تضاغطات وتخلخلات وهذه الحالة الفيزياوية المتولدة في الهواء تنتقل إلى نقاط أخرى دون انتقال جزيئات الهواء من مواضع توازنها والوتر المشدود إذا اهتز في نقطة فان نمطا من الاضطراب يتولد يكون على شكل تموج في الوتر ويظهر على شكل قمم وقعور , والشحنة الكهربائية المهتزة تولد اضطرابا كهرومغناطيسيا ونمطه على شكل تباين في شدتي المجالين الكهربائي والمغناطيسي .



الحركة الموجية
نوع من الاضطراب الذي يتحرك خلال الوسط نتيجة الحركة الدورية المتكررة لدقائق ذلك الوسط حول موضع استقراره وهذا الاضطراب ينتقل من دقيقة إلى أخرى دون أن تنتقل هذه الدقائق نفسها.

أنواع الحركة الموجية
تقسم الحركة الموجية إلى ثلاثة أنواع رئيسية هي:
1- الحركة الموجية الميكانيكية
هي تلك الحركة التي تحتاج إلى وسط مادي لانتقالها , قد يكون الوسط صلبا أو مائعا (سائلا أو غازيا) مثل موجات الصوت والموجات على سطح الماء والموجات الزلزالية وتصنف إلى :
-a موجات مستعرضة
b- موجات طولية
C – موجات سطحية

2- الحركة الموجية الكهرومغناطيسية
هي تلك الحركة التي لا تحتاج إلى وسط لانتقالها فهي تنتقل في الفراغ كما في جميع أمواج الطيف الكهرومغناطيسي كموجات الراديو والضوء والأشعة السينية وأشعة كاما.
3- الحركة الموجية المادية
هي الصفة الموجية المصاحبة لحركة الجسيمات المادية ,فقد دلت الدراسات للعالم دبرولي لحيود الالكترونات إن الجسيم المتحرك يقترن بموجة , فالجسيم الذي كتلته m ومتحرك بسرعة v تصاحبه موجة طولها الموجي ? من خلال العلاقة
?= h / mv
حيث h هو ثابت بلانك وقيمته (6.626x10-34 J.sec).
سوف نتطرق بتفصيل أكثر شمولية عن الحركة الموجية الميكانيكية بفرعيها (المستعرضة والطولية).

الموجات المستعرضة
هي الموجات التي تهتز فيها جزيئات الوسط حول مواضع اتزانها باتجاه عمودي على اتجاه انتشار (انتقال) الموجة وتتكون من قمم وقعور .وخير مثال هو الموجة المتكونة في حبل أفقي متوتر ومثبت من احد طرفيه ويهتز صعودا ونزولا من طرف لآخر كما موضح في الشكل أدناه , ويمكن اعتبار الموجة الضوئية (الكهرومغناطيسية) موجة مستعرضة لاحتوائها على مجالين احدهما عمودي على اتجاه انتشار الموجة والثانية موازية.

هناك علاقة مهمة بين الطول والموجي ? وسرعة الموجة v والتردد f لأي موجة حيث تنطبق على جميع أنواع الموجات.
من معادلة الحركة x=v.t
يمكن تحولها إلى الصورة v.t = ?
حيث t الزمن الدوري للاهتزاز ويعطى بالعلاقة الآتية
T= 1/f ? ?= v/f



الموجات الطولية
هي الموجات التي تهتز فيها جسيمات الوسط باتجاه مواز لاتجاه انتقال الموجة وتتكون من تضاغطات وتخلخلات .مثل الموجات الصوتية في الهواء حيث أن مرور الموجة الصوتية يؤدي إلى اهتزاز جسيمات الوسط إلى الأمام والى الخلف بحركة ذهاب وإياب على طول خط انتقال الموجة كذلك في النابض الحلزوني المتوتر يتأثر بضغط أو بسحب احد طرفيه كما في الشكل ادناه.