اول من قال بأن للجسيمات المادية خصائص موجية

اول من قال بأن للجسيمات المادية خصائص موجية هو العالم

دي برولي



.

وكان ذلك في عام 1923 وقد أطلق على هذه النظرية التركيب الذري وقد استخدم العالم دي برولي معادلة أينشتاين وهي E = MC2 حيث أن E هي الطاقة وM هي الكتلة وC هي سرعة الضوء، وباستخدام نظرية بلانك التي تنص على أن كل كم من الموجة يحتوي على كمية من الطاقة يمكن معرفتها بواسطة معادلة بلانك وهي E = hv حيث أن E هي الطاقة وh هو ثابت بلانك و v هو التردد، وبما أن دي برولي يعتقد أن الجسيمات والموجات لهما نفس الخصائص فقد افترض أن الطاقتين ستكونان متساويتين أي أن mc2 = hv ثم وصل إلى المعادلة الأخيرة والتي تنص على أن الطول الموجي يساوي hv / mv2.[1]

أنواع الموجات

• موجات ميكانيكية.
• موجات كهرومغناطيسية.

موجات ميكانيكية

: وهي الموجات المسؤولة عن نقل الطاقة خلال الوسيط فهى تسبب تذبذب في المادة وموجات الزلزال مثال عليها،  ومسافة انتشار الموجات الميكانيكية تحدد بواسطة الوسيط حيث أن المادة المتذبذبة تتحرك حول نقطة ثابتة فالحركة الانتقالية تكون قليلة جداً ولا يمكنها أن تنتقل في الفراغ، ولحساب الموجة الميكانيكية نقوم بقسمة الإزاحة على الطول الموجي والموجات الميكانيكية لها نوعان:

الموجات الطولية : وهي التي تكون فيها حركة الجسيمات موازية للطاقة أي أن إزاحة الوسيط في نفس الاتجاه الذي تتحرك فيه الموجة ومثال عليها موجات الضغط وموجات الصوت.

الموجات العرضية : وهي التي تتكون عندما تكون حركة الجسيمات في زاوية متعامدة أو قائمة ومثال عليها موجات الضوء، وتعتبر موجات الماء من الموجات التي تجمع بين الموجات الطولية والعرضية.

الموجات السطحية : وتتكون نتيجة حركات الجسيمات في شكل دائري مثل التموجات التي تكون في فنجان من الماء.

موجات كهرومغناطيسية

: وهي الموجات التي تنشأ من اندماج مجال كهربائي مع مجال مغناطيسي مثل الضوء وهذه الموجات عكس الموجات الميكانيكية فهي لا تحتاج إلى وسيط حتى تنتقل، فجميع الموجات الكهرومغناطيسية تنتقل في الفراغ بنفس السرعة وهي 299792458 مللي ثانية، ومن أنواع الموجات الكهرومغناطيسية الميكرويف وموجات الراديو والأشعة السينية والموجات فوق البنفسجية.[2]

موجات المادة

المقصود بموجات المادة أن كل مادة يظهر عليها بعض الخصائص التي تشبه الموجات وهي جزءاً هاماً في فيزياء الكم ويمكن نحديد الطول الموجي للمادة حيث يساوي h / p حيث أن h هو ثابت بلانك p يمثل الجسم المتحرك، وتسمى موجات المادة أيضاً بموجات دي برولي، وكلما كان الطول الموجي للمادة أصغر كلما زادت سرعة الجسيم ويتناسب الطول الموجي عكسياً مع الكتلة أيضاً حيث كلما زاد الطول الموجي كلما كانت المادة خفيفة.[3]

خصائص الموجات

• السعة.
• التردد.
• الطول الموجي.
• الزمن الدوري.
• السرعة.

السعة

: تعريف السعة هي الحد الأقصى  لإزاحة الموجة من الوضع المتوسط حيث أنه أقصى ارتفاع من خط الوسط إلى القاع أو القمة، فالقاع هو أدنى نقطة في الموجة أما القمة فهي أعلى نقطة في الموجة ووحدة قياس السعة هي المتر.

التردد

: وهو عدد الاهتزازات التي تمر بها نقطة ثابتة في فترة زمنية معينة ووحدة قياس التردد هي الهرتز.

الطول الموجي

: وهو المسافة بين نقطتين متطابقتين ممكن قمم أو قيعان متجاورة ووحدة قيس الطول الموجي هو المتر ويتناسب الطول الموجي مع التردد تناسباً عكسياً.

الزمن الدوري

: وهو الفترة الزمنية التي تستغرقها موجة كاملة للمرور خلال نقطة معينة ووحدة قياس الزمن هي الثانية.

السرعة

: بالنسبة للموجات تعريف السرعة هو المسافة التي تقطعها نقطة معينة على الموجة خلال فترة زمنية محددة ووحدة قياس السرعة هي المتر على الثانية.

الموجات هي عبارة عن اضطراب ينتشر من مكان معين إلى مكان آخر ويمكن أن تكون الموجات ميكانيكية وهي التي تحتاج إلى وسيط للانتشار أو موجات كهرومغناطيسية وهي التي لا تحتاج إلى وسيط فهي تنتقل عبر الفراغ.[4]

أنواع موجات الصوت

• الموجات الصوتية الطولية.
• الموجات الصوتية الميكانيكية.
• موجات الضغط الصوتية.

الموجات الصوتية الطولية

: وهي الموجات التي تكون فيها حركة جسيمات الوسيط موازية لاتجاه نقل الطاقة ومثال عليها عندما تقوم بدفع الخيط للأمام والخلف أو عند ضرب شوكة رنانة حيث يكون اتجاه حركة الموجة الصوتية موازياً لحركة جسيمات الهواء.

الموجات الصوتية الميكانيكية

: وتتحرك فيها الموجات الصوتية عبر الهواء حيث يتم إزاحة جسيمات الهواء في تفاعل متسلسل حيث أن إزاحة جسيم واحد يؤدي إلى دفع الجزيئات المجاورة له  مما يتسبب في إزاحتها عن توازنها ومع الاستمرار في إزاحة الجسيمات عن بعضها البعض تنشأ اهتزازات الموجة الميكانيكية مما يؤدي إلى توصيل الصوت.

موجات الضغط الصوتية

: وهي الوجات الصوتية التي تنشأ من ضغط حيث أنها تتأرجح بين الضغط العالي والمنخفض ومثال على ذلك الأذن تستقبل الموجات الصوتية من البيئة المحيطة والتي تكون عبارة عن تخلخلات من فترات بها ضغط مرتفع وفترات بها ضغط منخفض.[5]

الموجات الصوتية

الموجات الصوتية عبارة عن اضطراب أو اهتزاز للجسم ناتج عن حركة الطاقة خلال وسيط والذي قد يكون الهواء أو السوائل أو المواد الصلبة أو الماء مما يؤدي إلى انتشارها بعيداً عن مصدر الصوت، والموجات الصوتية تنتج موجات ضغط مثل رنين الجوال حيث تقوم موجة الضغط للجسيمات الموجودة في الوسط بإزاحة الموجات الأخرى التي تجاورها وهكذا، وقد تكون الموجة الصوتية حركة خارجية مثل مياه البحر والمحيط حيث تحمل الموجة الطاقة الصوتية من خلال الوسيط وتكون في جميع الاتجاهات وأقل كثافة كلما ابتعدت عن مصدر الصوت، وتعود فكرة أن الصوت ينتشر من خلال موجات إلى القرن الأول قبل الميلاد وتشمل الموجات الصوتية عدة خصائص وهي السعة والتردد والسرعة والزمن والطول الموجي، ونسمع الصوت عن طريق انتقال الموجات الصوتية إلى الأذن الخارجية والتي تقوم بجمعها وتوجيهها عبر قناة الصوت مما يضخم الصوت ثم تنتقل الموجات الصوتية إلى طبلة الأذن والتي تكون عبارة عن غشاء بيضاوي الشكل في نهاية قناة الأذن، وبمجرد وصول الموجات الصوتية إلى طبلة الأذن فإنها تهتز ويتم إرسال هذه الاهتزازات إلى ثلاثة عظام وهي السندان والركاب والمطرقة.[6]

أهمية موجات الصوت

• التواصل.
• استكشاف المحيطات.
• البحث عن الموادر الجوفية.

التواصل

: حيث بدون الموجات الصوتية لا يمكن للبشر التواصل عن طريق الكلام حيث أن الأحبال الصوتية تنتج الموجات الصوتية والتي تنتشر في الهواء إلى أذن المستمع وتستخدم الوسائل الاتصال الحديثة هذه التقنية مثل التلفزيون والراديو حيث أنهم نفس فكرة انتقال الصوت إلى أذنيك.

استكشاف المحيطات

: حيث أن العلماء يستخدمون الموجات الصوتية الموجوة في أجهزة السونار لاستكشاف المحيطات فالسونار يقوم بإرسال موجات صوتية ترتد مرة أخرى إلى المصدر عندما تصطدم بجسم ما، ويمكن أيضاً استخدام صدى الصوت بتحديد مسافة وحجم الجسم الذي ارتد وتستخدم السف البحرية السونار للبحث عن غواصات العدو.

البحث عن الموارد الجوفية

: حيث يستخدم العلماء الموجات الصوتية للبحث عن الموارد الموجودة تحت الأرض مثل النفط من خلال ارتداد الموجات الصوتية إلى الأرض، وتستخدم الموجات الصوتية أيضاً لحساب كثافة الأرض ومعرفة تركيبها.[7]