سلوك الموجات |
عندما تصل الموجة إلى حد ، وهي نقطة يتغير فيها الوسط ،أي عندما تنتقل الى وسط أخر , تحدث ثلاثة أشياء. ينتقل جزء من الموجة إلى الوسط الجديد ، وينعكس بعض الموجة مرة أخرى إلى الوسط الأصلي ، ويتم امتصاص بعض من طاقة الموجة عندما يكون الوسط الجديد اعلى كثافة تنقلب الموجة في الارتداد(حاجز ثابت )وعندما يكون أقل كثافة ترتد بنفس الاتجاه( حاجز متحرك )
تُظهر الرسوم المتحركة أعلاه نبض الموجة بالكامل الذي ينعكس مرة أخرى في الوسط الأصلي. في الواقع ، سيتم نقل بعض طاقة نبض الموجة إلى الوسط الجديد ، وسيكون للنبضة المنعكسة سعة أصغر (طاقة أقل) من النبضة الأصلية. لاحظ أيضًا أن سرعة نبضة الموجة المنعكسة هي نفسها سرعة نبضة الموجة الساقطة. تعتمد السرعة على الوسيط ، والنبضة المنعكسة لا تزال في الوسط الأصلي ، لذلك لها نفس سرعة النبض الساقط.
استخدم المحاكاة أدناه لاستكشاف و التفكير بمزيد من التفصيل. يسمح لك بمعرفة كيف يتحد النبض الوارد والنبض المنعكس لتشكيل النبض الفعلي المرئي على الخيط.
عندما تتداخل موجتان أو أكثر في نفس الوسط في نفس الوقت ، يشار إليها باسم تداخل الأمواج . من الأسهل فهم عملية التداخل من خلال مراقبة نبضات الموجة المتداخلة. استخدم المحاكاة أدناه لاستكشاف تداخل نبضات الموجة. تجربة موجات مختلفة العرض والارتفاعات ، بما في ذلك نبضات ارتفاع سالب تتداخل مع نبضات ارتفاع موجب.
لاحظ أن نبضات الموجة لا ترتد عن بعضها البعض ، وبدلاً من ذلك ، فإنها تمر مباشرة عبر بعضها البعض وتتابع طريقها وكأن شيء لم يحدث ويعرف هذا (مبدأ الاستقلالية )ويظهر التأثير فقط عندما تتداخل. عندما يتداخل النبضان ، تكون الموجة الناتجة هي المجموع الجبري للنبضين. يُعرف هذا بمبدأ (التراكب ) يمكن تحديد مبدأ التراكب على النحو التالي: إزاحة الوسط من موضع التوازن عندما تتداخل موجات متعددة يساوي المجموع الجبري لحالات نزوح الموجات الفردية.
تداخل النبضات المتعددة
عندما تتداخل نبضات متعددة ، يتم تطبيق مبدأ التراكب.ومبدأ الاستقلالية تُظهر الخطوط المنقطة الملونة في الرسوم المتحركة الشكل الأصلي للنبضات ، بينما يُظهر الخط الأسود المظهر الفعلي الذي نراه ، وهو مجموع النبضات الأصلية.
يمكن أن تظهر العديد من أنماط التراكب المختلفة عندما تتداخل موجتان. هذه بعض الأمثلة.
في المحاكاة أعلاه ، تتحرك الأمواج الزرقاء والحمراء في نفس الاتجاه في نفس الوسط (وبالتالي لها نفس السرعة). تظهر الموجة الأرجواني في الأسفل مجموع الموجات الزرقاء والحمراء. استخدم مربع الاختيار لرؤية الموجات الحمراء والزرقاء متراكبة فوق بعضها البعض. استخدم زر التشغيل في الزاوية اليسرى السفلية لتشغيل الرسوم المتحركة. افتراضيًا يكون للموجات الحمراء والزرقاء نفس الطول الموجي وهما " متفقان في الطور ". عندما تكون الموجات المستعرضة في الطور، فإنها تتطابق مع قمة إلى قمة. مجموع الموجتين له ضعف سعة أي من الموجتين الأصليتين. وهذا ما يسمى التداخل البناء . استخدم شريط التمرير لتغيير مرحلة الموجة الزرقاء. شاهد كيف يصبح مجموعهم أصغر مع إختلاف في الطور. ومن الممكن ، يحدث التداخل الهدام ، وتلغي الموجتان تمامًا.
الآن قم بتعيين الطولين الموجيين على قيم مختلفة جدًا ، على سبيل المثال جرب 1.5 لأحدهما و 2.5 للأخر. يظهر مجموعهم الآن إلى جانب كل من الموجات الفردية. يمكن أن يؤدي إلى إنشاء مجموعات موجات معقدة للغاية.
عندما تتحرك موجتان في نفس الوسط ولكن في اتجاهين متعاكسين ، تتشكل أنماط تداخل مختلفة. إذا كانت الموجتان المتحركتان في اتجاهين متعاكسين لهما نفس الطول الموجي ، فإن نمط التداخل المعروف باسم الموجة الواقفة
في نسخة المحاكاة الموضحة أعلاه ، تتحرك الأمواج الحمراء والزرقاء في نفس الوسط ، ولكن في اتجاهين متعاكسين. عندما يكون للموجتين أطوال موجية مختلفة ، فإن مجموعهما يكون موجة متنقلة معقدة. الآن قم بتعيين كلا الطولين الموجيين على نفس القيمة (يمكن القيام بذلك أيضًا بالنقر فوق الزر إظهار الموجة الواقفة). مجموعهم هو نوع خاص من تداخل الموجة يُعرف باسم الموجة الواقفة و تسمى الموجة الواقفة لأنها لا تتحرك في اتجاه أي من الموجتين. بعض النقاط في الموجة الواقفة لا تتحرك على الإطلاق ، وتسمى هذه النقاط العقد . تسمى النقاط الموجودة على الموجة الواقفة والتي تمر بأكبر قدر من الإزاحة البطون . استخدم مربع الاختيار لمراقبة العقد والبطون
التردد الأساسي (الموجة الواقفة الاولى)
هناك العديد من أوضاع الاهتزاز الأخرى لسلسلة مثبتة في كل طرف. كل وضع يسمى متوافقة. عند التوافقي الثاني ، تتكون الموجة الواقفة من جزأين. الطول الموجي هو نصف الطول الموجي الأساسي ، وبالتالي فإن التردد هو ضعف التردد الموجي الأساسي.
الموجة التوافقية الثانية
\[f = 2f_0\] \[L = λ\] \[ λ = L \]
عند التوافقية الثالثه ، تتكون الموجة الواقفة من ثلاثة أجزاء. الطول الموجي يساوي ثلث الطول الموجي الأساسي ، وبالتالي فإن التردد يساوي ثلاثة أضعاف التردد الموجي الأساسي.
الموجة التوافقية الثالثة
\[f = 3f_0\] \[L = \frac{3λ}{2}\] \[λ = \frac{2L}{3}\]
الخطوط البيضاء تدعى مقدمة الموجة والسوداء تمثل القاع كل حلقة عبارة عن مجموعة من النقاط يصلها الإهتزاز بنفس الفترة الزمنية
نسمي المسافة بين مقدمة موجة ومقدمة الموجة التي تليها بطول الموجة
أو المسافة بين قاعين متتالين بطول الموجة
تنتشر الموجة في جميع الإتجاهات وإتجاه انتشار الموجة دوما عمودي على مقدمة الموجة
عندما تصطدم الموجة بعائق أو تصل إلى نهاية الوسط الذي تنتقل فيه
ينعكس جزء من الموجة عائدًا إلى الوسط الأصلي. إنها تنعكس مرة أخرى بزاوية مساوية لزاوية السقوط . تسمى هذه الزوايا بزاوية السقوط وزاوية الانعكاس
يظهر الخط الطبيعي والأشعة الساقطة والانعكاس وزوايا السقوط والانعكاس في هذه المحاكاة . ينص قانون الانعكاس على أن زاوية السقوط تساوي زاوية الانعكاس
تنطبق قواعد الانعكاس وهذا ما يحدث عند ارتداد موجات الماء من جانب البركة
انكسار الموجة : هو انحناء الموجات لأنها تمر من وسط إلى آخر. عندما تصطدم الموجة بسطح وسط مختلف ، ينعكس بعضها ، بينما ينحني البعض ويغير اتجاهها أثناء انتقالها عبر الوسط.
يمر شعاع ضوئي من الهواء إلى الماء. لاحظ أن الماء له معامل انكسار أعلى من الهواء
وبالتالي فإن شعاع الضوء يكون أبطأ في الماء منه في الهواء. يسمى الخط المكسور العمودي على واجهة الهواء والماء العمود على السطح
يُطلق على الضوء الذي يمر عبر الهواء ويسقط على حدود الهواء والماء الشعاع الساقط
بينما يُطلق على الشعاع بعد المرور عبرالوسط الثاني اسم الشعاع المنكسر
تسمى الزاوية التي يصنعها الشعاع الساقط مع العمود على السطح بزاوية السقوط ،
. عندما يمر الضوء من مادة ذات معامل انكسار أصغر إلى مادة ذات قيمة أكبر
تنخفض سرعتها ويغير الشعاع المنكسر اتجاهه الطبيعي. الزاوية بين الشعاع المنكسر والعمود على السطح تسمى زاوية الانكسار ، .
إذا كان شعاع الضوء يمر من الماء إلى الهواء بدلاً من ذلك ، يتغير اتجاهه أيضًا. تزداد سرعته عندما ينتقل من مادة ذات معامل انكسار أعلى إلى مادة أصغر. في هذه الحالة
المصدر https://ophysics.com/em4.html