شرح الموجات المُستعرضة والطولية بطريقة بسيطة

في هذا الفيديو سنتناول نوعين مختلفين من الموجات ونتعرف على اوجه الاختلاف والتشابه بينهما لعل لديك فكره مجرده عن ماهيه الموجه فتتصرف في اتجاه معين او ربما طريقه لانتقال الطاقه من مكان الى اخر لكن لكي نفهم المقصود بالموجات المستعرضه والموجات الطوليه علينا اولا ان نفهم التعريف العامه للموجه الفكره الرئيسيه هنا هي ان الموجه ش من اشكال الاضطراب ربما نوع من انواع الاهتزازات ينقل الطاقه من نقطه الى اخرى لكن من الضروري ان نلاحظ ان ذلك يحدث دون اي انتقال للماده او الوسط الذي تنتقل خلاله الموجه ولفهم ذلك بصوره اوضح نتخيل ان لدينا شخصين وهما شادي ويارا يمسكان بطرفي حبل قفز والحبل مشدود بينهما يرسل شادي موجه عبر الحبل ويفعل ذلك من خلال تحريك طرف الحبل الذي يمسك به الى اعلى اولا ثم الى اسفل ما فعله شادي هو منح حبل القفز بعض الطاقه كما انه احدث اضطرابا في الحبل لانه بالرغم من كون الحبل ساكنا في البدايه تسبب شادي في تحريك جزء منه الى اعلى وجزء اخر الى اسفل بعباره اخرى يمرر شادي موجه بطول هذا الحبل نلاحظ انه بمرور الوقت تتحرك هذه الموجه بطول الحبل وبذلك تتجه الموجه نحو يارا وكما ذكرنا سابقا الموجه نفسها هي انتقال للطاقه من شادي الى يارا عبر الحبل وستتمكن يارا من استشعار هذه الطاقه عند وصول الموجه اليها في النهايه لكن قبل ان نفكر في وصول الموجه الى يارا دعونا ننظر الى جزء معين من الحبل وليكن هذا الجزء مثلا لنرى التغيير الذي يطرا على هذا الجزء من الحبل عندما تمر الموجه عبره نلاحظ في هذه اللحظه ان جزء الحبل موجود حيث كان بالضبط قبل ان يحرك شادي طرف الحبل بعباره اخرى يوجد الجزء في الموضع نفسه الذي كان فيه من قبل لكن بمجرد اقتراب الموجه من هذا الجزء من الحبل نلاحظ انه يبدا في التحرك وعندما تصل الموجه في النهايه الى هذا الجزء من الحبل نلاحظ انه يتحرك الى اعلى اولا ثم يعود الى موضعه الاصلي الذي كان فيه سابقا يتحرك بعد ذلك هذا الجزء الى اسفل موضعه الاصلي ثم يعود الى موضعه الاصلي في النهايه بعد ان تتخطاه الموجه اذا ما لاحظناه هنا هو انه مع تحرك الموجه في هذا الاتجاه يتحرك الجزء الاخضر من الحبل لاعلى ولاسفل حول موضعه الاصلي لكن بالرغم من تحرك الجزء الاخضر من الحبل حول موضعه الاصلي لا توجد حركه كليه لهذا الجزء فهو يتحرك اولا الى اعلى ثم يعود الى موضعه الاصلي ويتحرك بعد ذلك الى اسفل ثم يعود الى موضعه الاصلي مره اخرى اذا فهو يهتز فقط حول موضعه الاصلي بعد مرور الموجه بالكامل خمن ماذا يحدث يعود جزء الحبل الى موضعه الاصلي مره اخرى بذلك نرى كيف تنتقل الطاقه من اليسار الى اليمين دون اي انتقال للماده والمقصود بالماده في هذه الحاله هو الماده المصنوع منها الحبل فالحبل نفسه لا يتحرك من اليسار الى اليمين لكن هناك طاقه تنتقل عبر الحبل من اليسار الى اليمين والان بعد ان فهمنا هذه الخاصيه العامه للموجات دعونا نلقي نظره على الانواع المختلفه لها والنوعان من الموجات الذان سنتناوله هنا يسميان الموجات المستعرضه والموجات الطوليه ينقل كلا هذين النوعين الطاقه لكن الاختلاف الجوهري بين الموجات المستعرضه والموجات الطوليه يكمن في اتجاه اهتزاز الوسط او الماده التي تنتقل خلالها الموجه مقارنه باتجاه حركه الموجه يبدو هذا معقدا بعض الشيء فدعونا نوضح ذلك بالتفصيل نبدا بالموجات المستعرضه تناولنا مثالا على الموجات المستعرضه بالفعل فتعد الموجه التي تتحرك بطول حبل القفز من اليسار الى اليمين مثالا للموجه المستعرضه ويرجع سبب تسميتها بالموجه المستعرضه الى انه بينما تتحرك الموجه نفسها من اليسار الى اليمين يتحرك كل جزء صغير من حبل القفز الى اعلى والى اسفل حول موضعه الاصلي فاذا كان لدينا موجه مستمره تتحرك بطول هذا الحبل بدلا من دفعه واحده فقط فسنلاحظ ان كل جزء صغير من الحبل يستمر في الحركه الى اعلى والى اسفل مرارا وتكرارا بعباره اخرى يكون اتجاه اهتزاز كل جزء من الحبل وهو الوسط الذي تنتقل خلاله الموجه عموديا على اتجاه انتقال الموجه نفسها وفي هذه الحاله تتحرك الموجه من اليسار الى اليمين ويكون اتجاه اهتزاز كل جزء صغير من الحبل الى اعلى والى اسفل وكلا هذين الاتجاهين عموديان على اتجاه تحرك الموجه اي يكونان زاويتين قائمتين معهه وهذا الاتجاه هو من اليسار الى اليمين كما ذكرنا سابقا ومن ثم يمكننا تعريف الموجه المستعرضه بانها الموجه التي يكون فيها اتجاه الاهتزاز وهو في هذا المثال اتجاه تحرك كل جزء صغير من الحبل عموديا على اتجاه حركه الموجه نفسها اي يكون زاويه قائمه معه احد الامثله الجيده على الموجات المستعرضه هو الضوء او اي شكل اخر من اشكال الاشعاع الكهرومغناطيسي ينشا هذا النوع من الاشعاع بفعل الحركه المستعرضه للمجال المغناطيسي والكهربائي مثل الحركه الى اعلى والى اسفل كما رسمناها في هذا المثال اذا يمكن ان تنتشر الطاقه اما من اليسار الى اليمين واما من اليمين الى اليسار كما رسمنا هنا والان بعد ان القينا نظره على موجات الضوء نتناول الموجات الصوتيه الموجات الصوتيه هي احد انواع الموجات الطوليه وفي هذا النوع من الاوساط اذا كانت الموجه تتحرك نحو اليمين فستكون اهتزازات الوسط ذهابا وايابا في اتجاه مواز اتجاه حركه الموجه على عكس الموجه المستعرضه التي تكون فيها الاهتزازات عموديه على اتجاه حركه الموجه والموجات الصوتيه هي اهتزازات في جسيمات الهواء او اهتزازات في الوسط الذي تنتقل خلاله هذه الموجات لكن الاكثر شيوعا هو التفكير في ان الموجات الصوتيه تنتقل عبر الهواء فلنتخيل ان جميع هذه الجسيمات جسيمات هواء عندما تمر موجه صوتيه عبر هذه المنطقه نجد مناطق تركيز جسي جمات الهواء فيها مرتفع وهي تعرف بالضاغط ومناطق اخرى تركيز جسيمات الهواء فيها منخفض وتعرف بالتخت وبما ان الموجه تنتشر من اليسار الى اليمين تتحرك كل منطقه تضاغط ومنطقه تخلخل الى اليمين ايضا لكن اذا ركزنا على جسيم واحد من جسيمات الهواء فسنجد انه مع تحرك الموجه من اليسار الى اليمين يهتز الجسيم فقط ذهابا وايابا اي من اليسار الى اليمين ومن اليمين الى اليسار ومره اخرى يهتز الجسيم حول موضعه الاصلي تماما مثلما اهتز هذا الجزء من الحبل في مثال الموجات المستعرضه بالعوده الى الموجات الطوليه نجد ان كل جسيم يهتز ذهابا وايابا اي من اليسار الى اليمين ومن اليمين الى اليسار حول موضعه الاصلي بينما تتحرك الموجه نفسها من اليسار الى اليمين كما رسمناها ومن ثم يمكننا القول ان اتجاه الاهتزاز في الموجات الطوليه يكون موازيا لاتجاه حركه المو عرفنا حتى الان الفرق بين الموجات المستعرضه والموجات الطوليه ففي الموجات المستعرضه يكون اتجاه الاهتزاز عموديا على اتجاه حركه الموجه بينما في الموجات الطوليه يكون اتجاه الاهتزاز موازيا لاتجاه حركه الموجه وقد عرفنا انه فيما يخص الموجات الطوليه تعرف المناطق التي يكون تركيز جسيمات الهواء فيها مرتفعا باسم التضاغطات وتعرف المناطق التي يكون التركيز فيها منخفضا باسم التخل يمكننا ايضا ان نتذكر انه في حاله الموجات المستعرضه اذا رسمنا خطا متقطعا لتمثيل الموضع الاصلي للوسط قبل ان تمر خلاله الموجه يمكننا القول ان الازاحه القصوى للوسط بعيدا عن موضع الاتزان الاصلي في الاتجاه الموجب او الاتجاه العلوي كما في الرسم تعرف باسم القمه وذلك على عكس الازاحه القصوى التي تكون في الاتجاه المعاكس اي في الاتجاه السالب وتعرف هذه المنطقه من الموجه باسم القاع وبذلك يمكننا استخدام كلمتي القمه والقاع لوصف الموجات المستعرضه ويمكننا استخدام كلمتي التضاغطات والتخلخلات لوصف الموجات الطوليه لكن فمه مصطلحات اعم يمكن استخدامها لوصف كلا النوعين من الموجات مثل مصطلح الطول الموجي يعرف الطول الموجي للموجه سواء كانت موجه طوليه او مستعرضه بانه المسافه التي تقطعها الموجه خلال دوره واحده كامله فيما يخص الموجه المستعرضه يمكن ان تبدا الدوره الكامله هنا مثلا ثم ترتفع لاعلى وصولا الى القمه ثم تعود الى الموضع الاصلي ثم تهبط الى اسفل وصولا الى القاع ثم تعود الى هذا الموضع هنا بعباره اخرى هذه النقطه هنا وهذه النقطه هنا تمثلان نقطتين متكافئتين تماما لان كلت النقطتين تقعان عند موضع اتزان الموجه وبالتحقيق التين نجد ان ازاحه الموجه ت داد اذا بين هاتين النقطتين اكملت الموجه دوره واحده كامله ومن ثم فان الطول الموجي الذي يمكن ان نرمز له بلمض هو اقصر مسافه بين هاتين النقطتين هذه اذا هي طريقه حساب الطول الموجي لموجه المستعرضه بدلا من ذلك يمكننا القول ان الطول الموجي للموجه المستعرضه وال المسافه بين اي قمتين متتاليتين او اي قاعين متتاليين اي المسافه من هنا الى هنا لان الطول هو المسافه التي تقطعها الموجه في دوره واحده كامله والمسافه من هنا الى هنا هي المسافه نفسها التي اشرنا اليها هنا اذا هذه المسافه تساوي الطول الموجي ايضا اما فيما يخص الموجه الطوليه فالدور الكامله للموجه تتالف من تضاغط واحد وتخلخل واحد وبذلك يمكننا تعريف الطول الموجي للموجه الطوليه بانه المسافه بين بدايه منطقه تضاغط وبدايه منطقه التضاغط التاليه لها وذلك لان هذه المنطقه تتكون من تضاغط واحد وتخلخل واحد بدلا من ذلك ثمت طريقه اسهل لقياس الطول الموجي وهي المسافه بين مركز منطقه تضاغط ومركز منطقه التضاغط التاليه لها لان هذه المسافه هي نفسها المسافه المحدده هنا وكلت المسافتين الموضحين باللون البرتقالي تساوي ان لمضه وهو الطول الموجي للموجه الطوليه لذا يمكننا استخدام مصطلح الطول الموجي لوصف امر متعلق بكل الموجات الطوليه والموجات المستعرضه لنتناول الان مصطلحا اخر يمكننا استخدامه لوصف خصائص معينه لك النوعين من الموجات هذا المصطلح هو السعه سعه الموجه هي اقصى ازاحه ممكنه للوسط الذي تهتز خلاله الموجه ففي حاله الموجات المستعرضه اذا كان لدينا موجه تنتقل عبر خيط يكون الوسط المهتز هو الخيط نفسه واقصى ازاحه ممكنه لهذا الوسط هي اقصى مسافه ممكنه بين موضع اتزان الوسط وهو الموضع الاصلي للوسط قبل ان تمر به الموجه والموضع الذي يصل اليه الوسط اثناء الاهتزاز بعباره اخرى المسافه بين موضع الاتزان او الموضع الاصلي والقمه او المسافه بين موضع الاتزان والقاع وكلتاهما تمثلان المسافه نفسها تعرف باسم السعه التي نرمز لها بالحرف اي مره اخرى السعه هي اقصى ازاحه ممكنه للوسط المهتز اما في حاله الموجات الطوليه يكون الامر اصعب بعض الشيء لان اهتزازات الوسط تكون ذهابا وايابا في اتجاه موازن لاتجاه حركه الموجه لنفترض ان الجسيم المحدد هنا يوجد حاليا في موضعه الاصلي الذي كان فيه قبل مرور الموجه في هذه الحاله تكون سعه الموجه الطوليه هي اقصى ازاحه ممكنه لهذا الجسيم في احد الاتجاهين بعباره اخرى هي المسافه بين موضع الجسيم الاصلي واقصى ازاحه ممكنه له اي هنا او هي المسافه بين موضع اتزان الجسيم واقصى ازاحه ممكنه له في الاتجاه الاخر وهتان المسافتين متساويتان وتعرف باسم سعه الموجه الطوليه ويمكننا ملاحظه بعض اوجه التشابه بين الموجات المستعرضه والموجات الطوليه هنا اذ نلاحظ ان السعه تقاس بالمسافه بين موضع الجسيمات او الوسط قبل ان تمر الموجه او قبل ان تتولد من الاساس وبين النقطه التي يتحرك اليها الوسط عندما يصل الى ازاحته القصوى بذلك نكون قد تناولنا مصطلحا اخر يمكننا استخدامه لوصف خواص كل من الموجات المستعرضه والموجات الطوليه والان ثمت مصطلح اخر سنتناوله هذا المصطلح هو التردد يعرف تردد الموجه بانه عدد الدورات الكامله للموجه التي تمر بنقطه محدده لكل وحده زمن على سبيل المثال كل ثانيه بعباره اخرى نعلم ان الموجتين اللتين رسمناه هنا تتحركان من اليسار الى اليمين وفي حاله الموجات المستعرضه مثلا تكون الموجه هنا عند لحظه معينه لكن بعد فتره زمنيه معينه يكون كل جزء من الموجه قد تحرك قليلا ناحيه اليمين فالمو تنتشر نحو اليمين بعباره اخرى تحركت هذه القمه من هنا الى هنا وتحركت هذه النقطه في المنتصف من هنا الى هنا وهكذا على امتداد الموجه واذا وجد راصد هنا مثلا تتجه عينه لاسفل ناظره الى الموجه وبدا هذا الراصد في عد الدورت الكامله للموجه التي تمر عبر هذا الموض في الفراغ كل ثانيه او كل دقيقه على سبيل المثال فسيتمكن من حساب تردد هذه الموجه احدى الطرق السهله لفعل ذلك هي حساب عدد القمم التي تمر كل ثانيه او حساب عدد القيعان التي تمر كل ثانيه او بالطبع عدد اي نقطه محدده من الدوره تمر كل ثانيه لكن اسهل طريقه لحساب التردد هي استخدام القمم او القيعان وبالمثل مع الموجات الطوليه يمكننا وضع راصد هنا وبامكانه حساب عدد التضاغطات التي تمر عبر تلك النقطه كل ثانيه او كل دقيقه وبذلك يستطيع الراصد حساب تردد الموجه الطوليه عرفنا حتى الان ثلاثه مصطلحات مختلفه لوصف خصائص الموجات المستعرضه والموجات الطوليه وهي الطول الموجي للموجه وسعه الموجه وتردد الموجه فضلا عن ذلك تناولنا اوجه التشابه واوجه الاختلاف بين الموجات المستعرضه والموجات الطوليه وكذلك خصائصها الاساسيه التي تحدد ماهيه هذه الموجات حقا بعد ان تناولنا كل ما سبق نستعرض سؤالا كمثال تتكون موجه مستعرضه من جسيمات منفرده يمكن ان تتحرك في الاتجاهات اي بي سي دي الموضحه في الشكل اي الاتجاهات التاليه يمكن ان يتحرك فيها الجسيم الاصفر مع تحرك الموجه الى اليمين بالنظر الى هذا الشكل يمكننا ملاحظه وجود مجموعه من الجسيمات الزرقاء التي تهتز جميعها عندما تتحرك الموجه من اليسار الى اليمين في هذا السؤال نركز على هذا الجسيم الاصفر في المنتصف مطلوب منا معرفه اي الاتجاهات اي بي سي دي يمكن ان يتحرك فيها الجسيم الاصفر بينما تتحرك الموجه من اليسار الى اليمين من المعطيات المهمه لدينا ان هذه الموجه مستعرضه نتذكر انه في الموجات المستعرضه يكون اتجاه الاهتزاز عموديا على اتجاه انتشار الموجه حيث يشير اتجاه الاهتزاز في هذا السؤال الى اتجاه حركه هذه النقاط الزرقاء جمي واتجاه انتشار الموجه هو اتجاه حركتها ويكون في هذا السؤال من اليسار الى اليمين اذا اذا كانت الموجه تتحرك من اليسار الى اليمين وكان اتجاه اهتزاز كل نقطه من هذه النقاط عموديا على اتجاه الحركه هذا او بعباره اخرى يكون زوايا قائمه مع هذا الاتجاه فان كل نقطه من هذه النقاط يمكن ان تتحرك اما الى اعلى واما الى اسفل لان كلا من الاتجاه لاعلى والاتجاه لاسفل عموديان على اتجاه حركه الموجه او يكونان زاويتين قائمتين معه وبهذا يمكننا ان نستنتج ان الجسيم الاصفر الذي يعنينا يمكن ان يتحرك في الاتجاه اي او في الاتجاه سي ويمكننا ملاحظه ان هذا الشكل هو في الاساس لقطه مصوره للموجه وهي تتحرك عبر الفراغ لكن اذا القينا نظره على الموجه نفسها بعد فتره زمنيه قصيره فسنجد انها قد تحركت الى الامام قليلا وسبب حدوث ذلك هو ان هذا الجسيم على على سبيل المثال قد تحرك الى اسفل وهذا الجسيم تحرك ايضا الى اسفل وتحرك هذا الجسيم الى اسفل كما تحرك هذا الجسيم الى اسفل قليلا وتحرك هذا الجسيم الى اعلى قليلا وهذا الجسيم تحرك الى اعلى وهكذا على امتداد الموجه بذلك نرى كيف تهتز الجسيمات الى اعلى والى اسفل لتتحرك الموجه من اليسار الى اليمين وهذا يؤكد الاجابه التي توصلنا اليها قبل قليل فالاتجاه الذان يمكن للجسيم الاصفر ان يتحرك فيهما اثناء تحرك الموجه ناحيه اليمين هما الاتجاه والاتجاه سي بعد ان اطلعنا على سؤال عن الموجات المستعرضه نتناول الان سؤالا عن الموجات الطوليه تتكون موجه طوليه من جسيمات منفرده يمكن ان تتحرك في الاتجاهات اي بي سي دي الموضحه في الشكل اي الاتجاهات الاتيه يمكن ان يتحرك فيها الجسيم الاصفر الموضح في الشكل مع تحرك الموجه الى اليمين في هذا السؤال لدينا هذه الجسيمات الزرقاء التي تشكل وسطا وتنتقل عبر هذا الوسط موجه طوليه تتحرك من اليسار الى اليمين مطلوب منا ايضا ملاحظه هذا الجسيم الاصفر تحديدا علينا معرفه اي الاتجاهات اي بي سي دي يمكن ان يتحرك فيها هذا الجسيم الاصفر وللاجابة ان تتحرك فيه هذه الجسيمات عندما تمر الموجه عبر الوسط الذي تكونه هذه الجسيمات تحديدا اتجاه انتشار الموجه هو اتجاه حركتها ويكون في هذا السؤال من اليسار الى اليمين اذا اذا كانت الموجه تتحرك من اليسار الى اليمين ويمكن ان تتحرك الجسيمات في اي اتجاه يوازي هذا الاتجاه فيمكن ان تتحرك الجسيمات نفسها من اليسار الى اليمين او من اليمين الى اليسار بعباره اخرى ي يمكن ان تتحرك الجسيمات في الاتجاه بي او الاتجاه دي احدى الطرق السهله لتذكر ان هذين الاتجاهين هما الاتجاهين الممكنين لاهتزاز الجسيمات في الموجات الطوليه هي تذكر ان الجسيمات في الموجات الطوليه تهتز في نفس اتجاه انتشار الموجه ومن ثم نكون قد توصلنا الى اجابه السؤال فالاتجاه اللذان يمكن للجسيم الاصفر ان يتحرك فيهما بينما تتحرك الموجه ناحيه اليمين هما الاتجاه ي والاتجاه دي بعد ان تنا تولنا مثالين دعونا نلخص ما تناولناه في هذا الدرس عرفنا اولا ان الموجات تنقل الطاقه من منطقه الى اخرى دون حدوث اي انتقال للماده او الوسط الذي تنتقل الموجه خلاله عرفنا ايضا انه في الموجات المستعرضه يكون اتجاه ا تزاز الوسط والمقصود به الوسط الذي تنتقل خلاله الموجه عموديا على اتجاه حركه الموجه بينما في الموجات الطوليه يكون اتجاه اهتزاز الوسط موازيا لاتجاه حركه الموجه واخيرا عرفنا بعض الخصائص التي يمكن ايجادها لكلا النوعين من الموجات وهي الطول الموجي والسعه والتردد