موجات تحيط بنا في كل مكان ، فنحن نعيش في عالم الحركة والصوت. ما هي طبيعة السيرورة الموجية ، ما هو جوهر نظرية السيرورات الموجية؟ دعونا ننظر إلى هذا بمثال من التجارب.
مفهوم الموجات في الفيزياء
المفهوم الشائع للعديد من العمليات هو وجود الصوت. بحكم التعريف ، الصوت هو نتيجة الحركات التذبذبية السريعة التي يتم إنشاؤها بواسطة الهواء أو أي وسيلة أخرى تتصورها أعضائنا السمعية. بمعرفة هذا التعريف ، يمكننا المضي قدمًا في النظر في مفهوم "عملية الموجة". هناك عدد من التجارب التي تتيح لك النظر في هذه الظاهرة بصريًا.
يمكن ملاحظة عمليات الموجة المدروسة في الفيزياء على شكل موجات راديو وموجات صوتية وموجات ضغط عند استخدام الحبال الصوتية. انتشروا في الهواء
لتعريف المفهوم بصريًا ، قم برمي حجر في بركة مياه وقم بتمييز انتشار التأثيرات. هذا مثال على موجة الجاذبية. يحدث بسبب صعود وهبوط السائل.
صوتيات
قسم كامل يسمى "الصوتيات" مخصص لدراسة خصائص الصوت في الفيزياء. دعونا نرى ما يميز. دعونا نركز على الأشياء والعمليات التي لم يتضح فيها كل شيء بعد ، حول المشكلات التي لا تزال تنتظر الحل
الصوتيات ، مثل فروع الفيزياء الأخرى ، لا يزال بها العديد من الألغاز التي لم يتم حلها. لم يتم فتحها بعد. دعونا ننظر في عملية الموجة في الصوتيات.
صوت
يرتبط هذا المفهوم بوجود حركات تذبذبية تنتجها جسيمات الوسط. الصوت عبارة عن سلسلة من العمليات التذبذبية المرتبطة بظهور الموجات. في عملية التشكيل في وسط الانضغاط والخلخلة تحدث عملية موجة.
تعتمد مؤشرات الطول الموجي على طبيعة الوسط الذي تحدث فيه العمليات التذبذبية. تقريبًا جميع الظواهر التي تحدث في الطبيعة مرتبطة بوجود اهتزازات صوتية وموجات صوتية تنتشر في البيئة.
أمثلة على تحديد عملية الموجة في الطبيعة
يمكن لهذه الحركات الإبلاغ عن ظاهرة عملية الموجة. يمكن للموجات الصوتية عالية التردد أن تسافر آلاف الكيلومترات ، مثلما يحدث عند ثوران البركان.
عند حدوث زلزال ، تحدث اهتزازات صوتية وجغرافية صوتية قوية ، والتي يمكن تسجيلها بواسطة أجهزة استقبال الصوت الخاصة.
أثناء وقوع زلزال تحت الماء ، تحدث ظاهرة مثيرة ومروعة - تسونامي ، وهي موجة ضخمة نشأت أثناء ظهور قوي تحت الأرض أو تحت الماء للعناصر.
بفضل الصوتيات ، يمكنك الحصول على معلومات تفيد بأن تسونامي يقترب. العديد من هذه الظواهر معروفة منذ زمن طويل. لكن حتى الآن ، بعض مفاهيم الفيزياءتتطلب دراسة متأنية. لذلك ، من أجل دراسة الألغاز التي لم يتم حلها بعد ، فإن الموجات الصوتية هي التي تنقذ.
نظرية التكتونية
في القرن الثامن عشر ، ولدت "فرضية الكارثة". في ذلك الوقت ، لم يكن مفهوما "العنصر" و "الانتظام" مرتبطين. ثم اكتشفوا أن عمر قاع المحيط أصغر بكثير من عمر الأرض ، ويتم تحديث هذا السطح باستمرار.
في هذا الوقت ، وبفضل نظرة جديدة على الأرض ، نمت تلك الفرضية المجنونة إلى نظرية "تكتونية صفائح الغلاف الصخري" ، والتي تنص على أن وشاح الأرض يتحرك ، والسماء يطفو. تشبه هذه العملية حركة الجليد الأبدي.
لفهم العملية الموصوفة ، من المهم التخلص من الصور النمطية والآراء المعتادة ، لإدراك أنواع أخرى من الوجود.
مزيد من التقدم في العلوم
الحياة الجيولوجية على الأرض لها وقتها وحالة المادة. نجح العلم في إعادة خلق الشبه. يتحرك قاع المحيط باستمرار ، مما يتسبب في حدوث تمزق وتشكيلات من التلال حيث ترتفع المادة الجديدة من أعماق الأرض إلى السطح وتبرد تدريجياً.
في هذا الوقت ، تحدث العمليات على الأرض عندما تطفو صفائح هائلة من الغلاف الصخري على سطح وشاح الأرض - القشرة الحجرية العلوية للأرض ، والتي تحمل القارات وقاع البحر.
عدد هذه اللوحات حوالي عشرة. الوشاح مضطرب ، لذلك تبدأ صفائح الغلاف الصخري في التحرك. في ظل ظروف المختبر ، تبدو هذه العملية وكأنها تجربة رشيقة.
في الطبيعة يهدد بكارثة جيولوجية- هزة أرضية. سبب حركة صفائح الغلاف الصخري هو عمليات الحمل الحراري العالمية التي تحدث في أعماق الأرض. نتيجة الغليان ستكون تسونامي.
اليابان
من بين مناطق الأرض الأخرى التي تشكل خطورة زلزالية ، تحتل اليابان مكانة خاصة ، وتسمى هذه السلسلة من الجزر "حزام النار".
عن كثب بعد تنفس سماء الأرض ، يمكن للمرء أن يتنبأ بالكارثة الوشيكة. لدراسة العمليات التذبذبية ، تم إدخال جهاز حفر شديد العمق في سمك الأرض. اخترق لعمق 12 كم وسمح للعلماء باستخلاص استنتاجات حول وجود بعض الصخور داخل الأرض.
تتم دراسة سرعة الموجة الكهرومغناطيسية في دروس الفيزياء بالصف التاسع. أظهر الخبرة بأوزان تقع على مسافة متساوية من بعضها البعض. وهي متصلة بواسطة نوابض متطابقة بالشكل المعتاد.
إذا قمت بتحويل الوزن الأول إلى اليمين مسافة معينة ، فإن الثاني يبقى في نفس الموضع لفترة ، لكن الزنبرك بدأ بالفعل في الضغط.
تعريف مصطلح "موجة"
منذ حدوث مثل هذه العملية ، نشأت قوة مرنة من شأنها دفع الوزن الثاني. سيحصل على تسارع ، بعد فترة سيرتفع بسرعة ، ويتحرك في هذا الاتجاه ويضغط الزنبرك بين الأوزان الثانية والثالثة. في المقابل ، سيتلقى الثالث تسارعًا ، ويبدأ في التسريع ، ويتحول ويؤثر على الربيع الرابع. وهكذا تتم العملية على جميع عناصر النظام.
في هذه الحالة ، إزاحة الحمل الثاني على طولسيحدث الوقت بعد الأول. التأثير يتخلف دائمًا عن السبب.
أيضًا ، فإن إزاحة الحمل الثاني سوف يستلزم إزاحة الحمل الثالث. تميل هذه العملية إلى الانتشار إلى اليمين.
إذا بدأ الوزن الأول يتقلب وفقًا لقانون التوافقية ، فإن هذه العملية ستنتشر إلى الوزن الثاني ، ولكن مع رد فعل متأخر. لذلك ، إذا جعلت الوزن الأول يهتز ، يمكنك الحصول على تذبذب ينتشر في الفضاء بمرور الوقت. هذا هو تعريف الموجة
أصناف من الأمواج
لنتخيل مادة تتكون من ذرات هي:
- لها كتلة - مثل الأوزان المقترحة في التجربة ؛
- تتصل ببعضها البعض ، وتشكل جسمًا صلبًا من خلال الروابط الكيميائية (كما تمت مناقشته في التجربة مع الربيع).
ويترتب على ذلك أن الأمر هو نظام يشبه النموذج من التجربة. يمكنه نشر موجة ميكانيكية. ترتبط هذه العملية بظهور قوى مرنة. غالبًا ما يشار إلى هذه الموجات باسم "نطاط".
هناك نوعان من الموجات المرنة. لتحديدها ، يمكنك أن تأخذ زنبركًا طويلًا ، وتثبيته من جانب واحد وتمدده إلى اليمين. لذلك يمكنك أن ترى أن اتجاه انتشار الموجة يكون على طول الربيع. تتحرك جسيمات الوسط في نفس الاتجاه
في مثل هذه الموجة ، تتطابق طبيعة اتجاه تذبذب الجسيمات مع اتجاه انتشار الموجة. هذا المفهوم يسمى "الموجة الطولية".
إذا قمت بتمديد الربيع ومنحه الوقت ليأتيإلى حالة من الراحة ، ثم تغيير الوضع بحدة في الاتجاه العمودي ، سيتبين أن الموجة تنتشر على طول الربيع وتنعكس عدة مرات.
لكن اتجاه تذبذب الجسيمات عمودي الآن ، وانتشار الموجة أفقي. هذه موجة عرضية. يمكن أن توجد فقط في المواد الصلبة.
تختلف سرعة الموجات الكهرومغناطيسية من نوع مختلف. تم استخدام هذه الخاصية بنجاح من قبل علماء الزلازل لتحديد المسافة إلى مصادر الزلازل.
عندما تنتشر الموجة ، تتذبذب الجسيمات بطولها أو عبرها ، لكن هذا لا يترافق مع انتقال المادة ، بل بالحركة فقط. لذلك هو مبين في الكتاب المدرسي "الفيزياء" الصف 9.
توصيف معادلة الموجة
معادلة الموجة في العلوم الفيزيائية هي نوع من المعادلات التفاضلية الخطية الزائدية. كما أنها تستخدم في المجالات الأخرى التي تغطيها الفيزياء النظرية. هذه إحدى المعادلات التي تستخدمها الفيزياء الرياضية في الحسابات. على وجه الخصوص ، تم وصف موجات الجاذبية. تستخدم لوصف العمليات:
- في الصوتيات ، كقاعدة ، النوع الخطي ؛
- في الديناميكا الكهربائية.
يتم عرض عمليات الموجة في حساب الحالة متعددة الأبعاد لمعادلة الموجة المتجانسة.
الفرق بين الموجة و التأرجح
الاكتشافات الرائعة تأتي من التفكير في ظاهرة عادية. اعتبر جاليليو أن نبضات قلبه هي المعيار الزمني. وهكذا ، تم اكتشاف ثبات عملية تذبذب البندول - وهو أحد الأحكام الرئيسية للميكانيكا. هو - هيتمامًا فقط للبندول الرياضي - نظام تذبذب مثالي يتميز بـ:
- موقف التوازن
- القوة التي تعيد الجسم إلى موضع توازنه عندما ينحرف ؛
- انتقالات الطاقة عند حدوث التقلبات
لإخراج النظام من التوازن ، فإن شرط حدوث التذبذبات ضروري. في هذه الحالة ، يتم الإبلاغ عن طاقة معينة. تتطلب الأنظمة الاهتزازية المختلفة أنواعًا مختلفة من الطاقة.
التذبذب عملية تتميز بالتكرار المستمر لحركات أو حالات النظام في فترات زمنية معينة. دليل واضح على عملية التذبذب هو مثال على تأرجح البندول
يتم ملاحظة العمليات التذبذبية والموجة في جميع الظواهر الطبيعية تقريبًا.للموجة وظيفة اضطراب أو تغيير حالة الوسط ، والانتشار في الفضاء وحمل الطاقة دون الحاجة إلى نقل المادة. هذه خاصية مميزة لعمليات الموجة ؛ تمت دراستها في الفيزياء لفترة طويلة. عند البحث يمكنك تمييز الطول الموجي.
يمكن أن توجد الموجات الصوتية في جميع المجالات ، فهي لا توجد إلا في الفراغ. للموجات الكهرومغناطيسية خصائص خاصة. يمكن أن توجد في كل مكان ، حتى في الفراغ
تعتمد طاقة الموجة على اتساعها. الموجة الدائرية ، المنتشرة من المصدر ، تشتت الطاقة في الفضاء ، لذا يتناقص اتساعها بسرعة.
للموجة الخطية خصائص مثيرة للاهتمام. لذلك لا تتبدد طاقتها في الفضاءاتساع هذه الموجات يتناقص فقط بسبب قوة الاحتكاك
يتم تصوير اتجاه انتشار الموجة بواسطة الأشعة - الخطوط المتعامدة على مقدمة الموجة.
الزاوية بين الشعاع الساقط والعادي هي زاوية السقوط. تقع زاوية الانعكاس بين الشعاع الطبيعي والشعاع المنعكس. يتم الحفاظ على مساواة هذه الزوايا في أي موضع للعائق بالنسبة إلى مقدمة الموجة.
عندما تلتقي الموجات التي تتحرك في اتجاهين متعاكسين ، يمكن أن تتشكل موجة واقفة.
النتائج
تتأرجح جسيمات الوسط بين العقد المجاورة لموجة واقفة في نفس المرحلة. هذه هي معلمات عملية الموجة الثابتة في معادلات الموجة. عندما تلتقي الموجات ، يمكن ملاحظة كل من الزيادة والنقصان في اتساعها.
معرفة الخصائص الرئيسية لعملية الموجة ، من الممكن تحديد سعة الموجة الناتجة عند نقطة معينة. دعونا نحدد في أي مرحلة ستصل الموجة من المصدر الأول والثاني إلى هذه المرحلة. علاوة على ذلك ، فإن المراحل معاكسة.
إذا كان اختلاف المسار عددًا فرديًا من نصف الموجات ، فسيكون اتساع الموجة الناتجة عند هذه النقطة ضئيلًا. إذا كان اختلاف المسار يساوي صفرًا أو عددًا صحيحًا من الأطوال الموجية ، فستلاحظ زيادة في سعة الموجة الناتجة عند نقطة الالتقاء. هذا نمط تداخل عند إضافة موجات من مصدرين
تردد الموجات الكهرومغناطيسية ثابت في التكنولوجيا الحديثة. يجب أن يسجل جهاز الاستقبال موجات كهرومغناطيسية ضعيفة. إذا وضعت عاكسًا ، فسوف تدخل المزيد من طاقة الموجة إلى جهاز الاستقبال. يتم تثبيت نظام العاكس بحيث يصنع الحد الأقصىإشارة على جهاز الاستقبال.
خصائص عملية الموجة تكمن وراء الأفكار الحديثة حول طبيعة الضوء وهيكل المادة. وهكذا ، عند دراستها في كتاب فيزياء للصف التاسع ، يمكنك أن تتعلم بنجاح كيفية حل المشكلات من مجال الميكانيكا.
