سلوك الموجات عند الحواجز
تعريف الموجات
تتصرف جميع الموجات بمجموعة من الطرق المميزة المعينة، ويجب على الموجات أن تخضع لعملية الانكسار أو الانعكاس أو التداخل والحيود، هذه الخصائص الأساسية تعمل على تحديد سلوك الموجة.
أي شيء ينعكس وينكسر وينحرف ويتداخل يعرف باسم الموجة.[1]
كيف يكون سلوك الموجات عند الحواجز
موجات تخضع للانكسار
انكسار الأمواج عند دخولها المياه الضحلة، مثل المياه الموجود في الجزيرة التي يطلق عليها اسم جزيرة سانتا كروز الغربية، وذلك لأن الموجات يحدث لها إنكسار في المياه الضحلة وتميل الموجات إلى عملية تعقب السواحل التي يطلق عليها اسم السواحل المعقدة.
سلوك الأمواج يمكن أن يساعد في فهم موجات الماء وتفاعلها مع كوكب الأرض.
في أعماق المحيطات تستقر الأمواج التي تنتج عن الرياح في أنماط وأشكال الموجات الثابتة، ومع ذلك عند اقترابهم من السواحل المعقدة يحدث لهم عملية الانكسار.
لانحراف والانكسار والتداخل تعمل بشكل مختلف على توجيه مسارات وتأثيرات الأمواج حول السواحل.[1]
يحدث الانكسار عندما يحدث تباطئ للأمواج وتقوم بتغير اتجاهها، وفي المياه الضحلة تتباطأ الأمواج بسبب القوة التي يمارسها قاع البحر عليها.
عند اقتراب الموجة من المياه الضحلة بزاوية فإن الجزء القريب من الشاطيء يتباطأ أكثر من الجزء البحري من الموجة، وذلك لأنه في المياه الضحلة، وها هو السبب الذي يجعل الموجة تقوم بتغيير اتجاهها.[1]
موجات منعكسة
عندما ترتد الأمواج عادة لا يكون انعكاس موجات المياه على الساحل جزء مهم من سلوكهم، إلا في حالة وجود منحدر شديد على الساحل أو وجود جدار بحري، ومع ذلك تميل الموجات التي تعرف باسم الموجات المنعكسة إلى عملية التداخل مع الموجات القادمة.[1]
موجات متداخلة
يحدث التداخل عندما تؤثر الأمواج على بعضها البعض، وعند تلاقي موجتان تسافران في اتجاهات مختلفة، فإنهما تجمعان طاقتهما وتشكلان أشكال وأنماط التداخل ويمكن أن ينتج عن هذا الأمر مناطق تتميز بأن لها موجات عالية للغاية عندما تتراكم بالتناوب مع مناطق ذات موجات منخفضة أو متضائلة أو مناطق لا يوجد بها موجات وفي هذه الحالة يطلق على التداخل اسم التداخل المدمر.
التداخل يؤثر على حجم الموجات، وذلك يحدث عندما تتفاعل مجموعتان ذات ترددات متشابهة فإنها تتداخل مع بعضها البعض وتقوم بتشكيل مجموعات.
التداخل يعني أن تفاعل الموجات سوف يتغير.[1]
موجات تخضع للانعراج
الانعراج شيء مثير للاهتمام للباحثين في علم الأمواج، وذلك لأنه يعني أن طاقة الأمواج تصل إلى مناطق تعرف باسم مناطق الظل وهو عبارة عن جزء مهم من سلوك الموجات داخل الموانيء والمرافق والهياكل المبنية، والجزر البحرية.
الانعراج أكثر أهمية في المناطق التي توجد بها مياه ضحلة عن المياه العميقة.الانعراج عبارة عن حدة الانحناء مع زيادة الطول الموجي ويقل مع تناقص الطول الموجي، وذلك لوجود العِلاقة الطردية بين كل من حالة الانعراج والأطوال الموجية.[1]
خصائص الموجات
التردد
- هو مقياس لعدد الموجات التي تعبر عن نقطة ما في فترة زمنية معينة.
- كلما زاد التردد كلما اقتربت الموجات من بعضها البعض وزادت الطاقة التي تحملها الأمواج.[2]
السَّعَة
- تعد السَّعَة هي عملية قياس المسافة بين خط يمر بين منتصف موجة وقمة أو قاع.
- كلما زادت القوة التي تنتج الموجة، فإن اتساع الموجة تزداد وزادت الطاقة التي تحملها الموجة.
- أعلى نقطة توجد في الموجة المستعرضة تعرف باسم القمة، وأدنى نقطة في الموجة المستعرضة تعرف باسم القاع.
- في الموجعة المستعرضة كلما ارتفعت الموجة زادت السَّعَة.
- الأصوات التي تكون لها سَعَة كبيرة تكون عالية.
- الضوء الذي يكون له سَعَة كبيرة يتميز بأنه أكثر سطوعًا.[2]
الطول الموجي
- الطول الموجي عبارة عن وحدة قياس المسافة من القمة على موجة واحدة إلى القمة في الموجة الثانية.
- الأطول الموجية التي تتميز بأنها أطوال موجية قصيرة تتأثر بالتردد.
- التردد الأعلى يؤدي إلى حدوث طول موجي أقصر وطاقة أكبر.[2]
السرعة
- السرعة عبارة عن مقياس المسافة التي تقطعها الموجة خلال فترة زمنية معينة، ويتم تحديد سرعة الموجة على حسب سرعة الموجة وحسب نوع الموجة وطبيعة الوَسَط.
- عند دخول الموجة إلى وَسَط مختلف تتغير سرعتها.
- الموجات تنتقل في سرعات مختلفة في وسائط متباينة.
- جميع الترددات الخاصة بالموجات الكهرومغناطيسية تنتقل بنفس السرعة ولكن في الفضاء الخارجي.[2]
أنواع الموجات
موجات ميكانيكية
هي الموجات التي تعد موجات مسؤولة عن نقل الطاقات عبر وسيط.
مسافة الانتشار تكون محدودة بواسطة وسيط عملية الإرسال، وفي هذه الحالة تقوم المادة المتذبذبة بالتحريك حول نقطة ثابتة، مع وجود حركة انتقالية ولكنها قليلة جدا.
إحدى الخصائص التي تعد مثيرة للاهتمام للموجات الميكانيكية هي طريقة القياس الخاصة بها، والتي تكون عن طريق الإزاحة مقسومة على الطول المعروف باسم الطول الموجي.
عندما يكون هذا العامل بلا أبعاد فإنه سوف ينتج عنه التأثيرات المعروفة باسم التأثيرات التوافقية، على سبيل المثال الأمواج على الشاطيء تنكسر عندما يتجاوز هذا العامل رَقَم 1 مما يؤدي إلى حدوث اضطرابات.[3]
موجات كهرومغناطيسية
يتم إنشاء الموجات التي يطلق عليها اسم الموجات الكهرومغناطيسية عن طريق عملية اندماج المجالات الكهربائية والمغناطيسية.
الضوء الذي نراه والألوان المتواجدة حولنا تكون بسبب الموجات المعروفة باسم الموجات الكهرومغناطيسية. الموجات الكهرومغناطيسية لا تحتاج إلى وجود وسيط لكي تسافر وهذا عكس ما تتواجد عليه الموجات الميكانيكية.
تنتقل جميع الموجات الكهرومغناطيسية في الفراغ بنفس السرعة، 299،792،458 مللي ثانية ، يوجد أنواع مختلفة من الموجات الكهرومغناطيسية، مثل الميكرويف و الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية والموجات التي تتواجد داخل الراديو.[3]
موجات المادة
الطبيعة المزدوجة للمادة تم الكشف عن قدرتها على الوجود كجسيم وموجة لأول مرة عن طريق مؤسسي مجال فيزياء الكم.[3]
خصائص موجات الصوت
الطول الموجي
- الحد الأدنى للمسافة التي تكرر فيها الموجة الصوتية نفسها تسمى بالطول الموجي.
- يشار إلى الطول الموجي بحرف يوناني يعرف باسم لامدا λ.
- المسافة بين مراكز الانضغاط والخلخلة تساوي نصف طولها الموجي.
- وحدة قياس الطول الموجي هي المتر.[4]
السَّعَة
- عندما تمر الموجة على وَسَط ما فإن جزيئات الوَسْط تتحرك بشكل موقت من مواقعها الأصلية غير المضطربة.
- يطلق على الإزاحة القصوى لجسيمات الوسيط من مواقعها الأصلية غير المضطربة عند مرور الموجة عبر الوَسَط اسم سَعَة الموجة.
- يتم استخدام السَّعَة لوصف حجم الموجة ووحدة قياس السَّعَة هي المتر على الرغم من أنها أحيانا قد تقاس بالسنتيمتر.
- سَعَة الموجة هي نفس سَعَة الجسم المهتز الذي ينتج عن الموجة.[4]
الفترة الزمنية
- يطلق على الوقت المطلوب لإنتاج موجة أو دورة كاملة واحدة اسم الفترة الزمنية للموجة، ويمكن انتاج موجة كاملة بواسطة اهتزاز كامل للجسم المهتز.
- يرمز إلى الفترة الزمنية بحرف T
- وحدة قياس الفترة الزمنية للموجة هي الثانية.[4]
التردد
- يطلق على عدد الموجات أو الدورات الكاملة التي يتم انتاجها في الثانية الواحدة اسم تردد الموجة.
- وحدة قياس التردد هي الهرتز.
- في بعض الأحيان تعرف وحدة التردد الأكبر بالكيلو هرتز، والكيلو هرتز يحتوي على ألف هرتز.
- يتم الإشارة إلى تردد الموجات الصوتية بالحرف f.
- تردد الموجة هو نفس تردد الجسم المهتز الذي ينتج عنه الموجة.
-
ويمكن من خلال معرفة كافة المعلومات الخاصة بالموجات وأنواعها نتمكن من عمل
بحث عن سلوك الموجات
ومعرفة أنواعها وخصائصها وكل ما يرتبط بها من معلومات دراسية مهمة.[4]