هل يسافر الموجة الطولية: كيف ولماذا وتفسيرات مفصلة

سوف ندرس ونفهم الجوانب المختلفة للقيام بموجة طولية وشروحاتها التفصيلية في هذه المقالة.

الموجة الطولية تنتقل. إنها حركة كل الجسيمات الدقيقة معًا في مسار متوازي في وسط ؛ تهتز كل هذه الجسيمات في مسار موازٍ للاتجاه الذي تتحرك فيه الموجة. يعتبر هذا النوع من حركة الموجات في الاتجاه الموازي موجات طولية.

لفهم التفسيرات التفصيلية لكيفية انتقال الموجات الطولية في وسط.

كيف تسافر الموجات الطولية؟

الموجة الطولية هي موجة ميكانيكية تتطلب دائمًا بعض الوسيط للمرور.

عندما تمر من خلال مادة ما ، تتحرك هذه الموجات الطولية في اتجاه محاذاة متوازي مع مراعاة اتجاه حركة الموجة. مثال ممتاز للموجة الطولية موجات الصوت، وتتطلب هذه الموجات الصوتية وسطًا هوائيًا تهتز فيه الذرات أثناء انتقالها من المصدر إلى الطرف المستقبل. خلال هذه الحركة ، تخضع الذرات للاهتزاز في وسط الهواء ، وتتحرك ذهابًا وإيابًا في نفس اتجاه الموجة وعكس مسار نقل الطاقة.

لذلك ، يمكننا اعتبار أن جميع الموجات الطولية يمكن أن تنتقل مع وسط معين.

هل تنتقل الموجات الطولية بسرعة الضوء؟

لا تنتقل الموجة الطولية بسرعة الضوء ، وإنما تسافر فقط يمكن أن تنتقل الموجات المستعرضة بسرعة الضوء.

  • النوع الوحيد من الموجات الذي يطابق سرعة الضوء أثناء الانتشار هو الموجات الكهرومغناطيسية. تنتشر الموجات الكهرومغناطيسية في مسار طبيعي لحركة الموجة. لذلك ، تأتي تحت موجات عرضية.
  • الموجات الكهرومغناطيسية المستعرضة أسرع ؛ تنتشر الموجات المستعرضة الأخرى بسرعة أقل من الموجات الطولية.
  • باستثناء هذه الموجات ، لا يمكن أن تتطابق الموجات الأخرى مع سرعة الضوء. عادة ، تتحرك الموجات الطولية في نطاق سرعة يتراوح بين 0.2 ميل إلى عدة كيلومترات ، اعتمادًا على نوع الوسيط. ومن ثم يمكننا القول أن الموجات الطولية لا تسافر بسرعة الضوء.

دعونا الآن نتعرف على مقارنة سرعة الانتشار بين الموجات المستعرضة والموجات الطولية.

هل تنتقل الموجات الطولية أسرع من الموجات المستعرضة؟

باستثناء الموجات العرضية الكهرومغناطيسية والجاذبية ، تنتقل جميع الموجات المستعرضة الأخرى أقل من الموجات الطولية.

تمر جميع الموجات المستعرضة في الاتجاه الطبيعي فيما يتعلق بالاتجاه الموجي ، بينما تنتشر الموجات الطولية في مسارات متوازية. تتكون كلتا الموجتين من جزيئات تتعرض للاهتزاز أثناء السفر.

في حالة الموجات المستعرضة ، يعمل اهتزاز الجسيم في المسار الطبيعي كمقاومة ، ويحدث بسبب الانتشار العمودي للموجات. تقلل هذه المقاومة من سرعة الموجات مما يجعلها تتحرك بسرعة أقل من الموجات الطولية.

لا يسافر الموجة الطولية
الصورة الائتمان: Iبركه بواسطة فليكر, CC BY 2.0

تتولد كلتا الموجتين أثناء الزلزال ؛ في هذه الحالة ، تتحرك الموجات الطولية دائمًا بسرعة أكبر من الموجات المستعرضة.

حتى في أي مادة صلبة ، فإن الحركة العرضية تطول مقارنة بالموجات الطولية.

الآن لدراسة ما إذا كانت الموجات الكهرومغناطيسية هي بالفعل موجات عرضية أو طولية.

هل الموجات الطولية كهرومغناطيسية؟

تأتي الموجات الكهرومغناطيسية تحت موجات ميكانيكية عرضية لأنها تنتشر بشكل عمودي على مسار انتشار الموجة.

عندما نتحدث عن الموجات الكهرومغناطيسية ، فإننا نأخذ في الاعتبار المكونين الأساسيين ومسار انتشارهما ، أي المجالات الكهربائية والمغناطيسية. ينتقل كلا المجالين عمومًا إلى بعضهما البعض.

إذا اعتبرناها موجات طولية ، فلا يمكن ملاحظة جانب الاستقطاب الذي يعد ظاهرة حرجة للموجات الكهرومغناطيسية.

لذلك ، من أجل حدوث ظاهرة الاستقطاب ، تنتقل هذه الموجات الكهرومغناطيسية بشكل عمودي وتكون موجات عرضية. لا يمكن أبدا أن تكون موجة طولية.

لفهم وسائط الانتشار المختلفة للموجة الطولية.

كيف تسافر الموجة الطولية في وسط الفضاء؟

يمكن أيضًا اعتبار وسيط الفضاء هو نفسه وسط الفراغ ، وفي وسط الفضاء ، لا يمكننا العثور حتى على كمية ضئيلة من المادة التي تساعد الموجات على المرور خلالها.

دعونا نفهم ذلك مع الأخذ في الاعتبار الاختلاف بين كل من الكهرباء و المجالات المغناطيسية. ونحن نعلم بالفعل أن الموجات تنتقل في مسار متوازي في موجات طولية. إذا قمت بحساب قيمة التباعد لهذه الحركة ، فستكون النتيجة صفرًا لأن هذه الموجات لا تحدث في الفضاء ، وسيكون تباعد المجالين الكهربائي والمغناطيسي صفرًا.

نحصل على قيمة الاختلاف على أنها صفر لأن اتجاه حركة المتجه k في الموجة الطولية يكون دائمًا متعامدًا مع التيار الكهربائي و الحقول المغناطيسية.

لذلك ، يمكننا أن نستنتج مما سبق أن الموجة الطولية لا تنتقل في وسط الفضاء.

ما هو نمط إزاحة الموجة الطولية؟

لا يخبر إزاحة الموجات الطولية عن أي شيء سوى كيفية انتقال الموجات الطولية في وسط.

في الأقسام أعلاه ، تعلمنا أن جميع الموجات الطولية من أقصر مدى إلى أطول مدى تحتاج إلى بعض الأمور لتنتقل إليها.

إنها تنتشر دائمًا بشكل مشابه لحركة الموجة ، وسواء لاحظنا في أي منظر من منظور واحد أو ثنائي أو ثلاثي الأبعاد ، فيمكننا ملاحظة الإزاحة نفسها.

في الجزء التالي من هذا المنشور ، دعونا نفسر ثبات كل من الموجات المستعرضة والطولية.

كيف يمكنك تفسير أن الموجات الطولية تنتقل أسرع من الموجات المستعرضة؟

يمكننا أن نفسر اتساع كل من الموجات المستعرضة والطولية من خلال النظر في مسار انتشارها.

إذا أخذنا في الاعتبار الموجات المستعرضة ، فإن اهتزاز الجسيمات في هذه الموجات يحدث عمومًا في المسار النموذجي لحركة الموجة ؛ تعمل كمقاومة وتحدث بسبب الانتشار العمودي للموجات. تقلل هذه المقاومة من سرعة الموجات مما يجعلها تتحرك بسرعة أقل من الموجات الطولية.

لكن في الموجات الطولية ، حيث أن انتشار الجسيمات سيكون موازيًا لاتجاه حركة الموجة ، فلن تواجه أي مقاومة من هذا القبيل. ستكون حرة في الحركة مما يمنحها السرعة المطلوبة.

سيكون للموجات الطولية دائمًا سرعة أكبر من الموجات المستعرضة إلا في بعض الحالات.

كيف تسافر الموجة الطولية السلسلة؟

تنتقل الموجات الطولية في انتشار متوازي حتى في السلسلة.

يمكننا إيجاد كل من الموجات الميكانيكية المستعرضة والطولية في سلسلة. ولكن إذا حاولنا قياس سرعة هذه الموجات ، فمن الواضح أن الموجات الطولية تتحرك أسرع قليلاً من الموجات المستعرضة.

لن تواجه هذه الموجات الطولية أي تأثير كبير أثناء شد الخيط ، ولن يكون هناك سوى تغييرات دقيقة جدًا في الانتشار والسرعة.

الآن لنرى كيف نحسب موجات خط الطول باستخدام صيغة.

كيف تحسب الموجات الطولية بالصيغة؟

يتم استخدام أحد قياسات الموجات الهامة في الفيزياء لحساب قيمة الموجات الطولية المتحركة. الصيغة المذكورة أدناه ،

ص (س ، ر) = صoكوس [ω (t − xc)]

يمكن أيضًا كتابتها بطريقة بسيطة كما هو موضح ،

ص (س ، ر) = صoكوس [w (tx / c)]

في الصيغة أعلاه ، تشير المصطلحات كما هو مكتوب أدناه ،

  • y يشير إلى حركة النقطة على الموجة الطولية المتنقلة
  • تشير x إلى المسافة التي قطعتها نقطة معينة من المصدر حيث تولد الموجة
  • يشير t إلى الوقت المنقضي
  • yيشير إلى سعة تذبذبات الموجة التي تعطي نبذة مختصرة عن جهارة وشدة الموجة
  • يشير c إلى سرعة الموجة الطولية
  • ω هو المصطلح المستخدم للإشارة إلى التردد الزاوي للموجة الطولية

إنها إحدى الصيغ الأساسية المستخدمة لحساب الموجات الطولية.

سرد الأمثلة المختلفة للموجات الطولية؟

المختلف أمثلة على الموجات الطولية التي من المهم أن تكون معروفة مكتوبة أدناه ،

بينما تصفق بيديك من أجل التقدير

عندما تصفق بيديك في أي مناسبة مناسبة لتقدير عمل الآخرين ، يُسمع الصوت الذي تسمعه عند التصفيق بسبب اهتزاز الجسيمات في الوسط ؛ تتحرك هذه الجسيمات بالتوازي مع بعضها البعض ، مما يشير إلى أنها موجات طولية.

لا يسافر الموجة الطولية
الصورة الائتمان: صور Pixabay المجانية

مكبرات الصوت الموسيقية التي يستخدمها DJ

إذا نظرت بعناية إلى مكبر الصوت الموسيقي الذي يستخدمه DJ ، فستلاحظ أنه كلما زاد الصوت أو نقصاه ، يتحرك مخروط مكبر الصوت الموسيقي للداخل والخارج. يحدث ذلك بسبب الموجات الناتجة عن اهتزاز الجسيمات. الموجات الناتجة هنا هي موجات طولية تنتقل بين وسائط الهواء.

لا يسافر الموجة الطولية
الصورة الائتمان: صور Pixabay المجانية

اهتزاز ألواح النوافذ بعد الرعد

عندما يكون هناك رعد وعواصف ، تهتز نوافذ منزلنا لجزء من الوقت. عند زيادة شدة الإضاءة ، يزداد ضغط الهواء تلقائيًا ، مما يؤدي إلى زيادة طفيفة في درجة حرارة الغلاف الجوي. كل هذه الجوانب معًا تخلق موجة صوتية نسمعها على شكل رعد ، والتي بسببها ستهتز ألواح النوافذ. بصوت أعلى الصوت ، و سعة هذه الموجات سيكون الحد الأقصى. تهتز ألواح النوافذ فقط بسبب الموجات الصوتية الناتجة عن اهتزاز الجسيمات وانتقالها.

لا يسافر الموجة الطولية
الصورة الائتمان: صور Pixabay المجانية

الثلاثة أعلاه هي الأمثلة الأساسية للموجات الميكانيكية الطولية التي تخبرنا كيف تنتقل في وسط.

اقرأ المزيد: كيفية إيجاد الطول الموجي للموجات المستعرضة

الأسئلة المتداولة | أسئلة وأجوبة

هل يمكننا اعتبار كل الموجات الطولية ميكانيكية؟

إذا أخذنا في الاعتبار مكونات الموجات الميكانيكية ، فسيكون هناك ثلاثة أجزاء رئيسية: موجات طولية وعرضية وأحيانًا موجات سطحية.

تأتي جميع الموجات الطولية المختلفة تحت الموجة الميكانيكية ، والفرق الوحيد هو أنها تنتقل عبر وسط مختلف. وفقًا للمسألة التي اختاروها للسفر ، تم تسميتهم على التوالي.

هل تحتاج الموجات الطولية إلى وسيط لتنتشر؟

الموجة بشكل عام هي حركة الجسيمات بترتيب معين.

تندرج الموجات الطولية ضمن فئة الموجات الميكانيكية ، والتي تخضع للانتشار من خلال بعض اهتزازات جسيمات الذرات الموجودة في الوسط. إذا كان هناك غياب للوسط ، فسيكون من المستحيل لغرض الانتشار الإشارة إلى أن الموجات الطولية تحتاج إلى وسيط للسفر.

ما هو الفرق الكبير بين الموجة الطولية والموجة المستعرضة؟

يكمن الاختلاف الكبير بين موجة خط الطول والموجة المستعرضة في المسار الذي تنتشر فيه.

في الموجة المستعرضة ، سيكون اهتزاز وحركة الجسيمات دائمًا على طول الاتجاه الطبيعي لحركة الموجة. في الموجات الطولية ، يمكننا أن نلاحظ الانتشار في نفس المسار وبالتوازي مع حركة الموجة.

كيف يمكننا استخدام الموجات الطولية في روتيننا اليومي؟  

الضغط والموجات الصوتية هما الموجتان الأساسيتان اللتان تنتشران طوليًا. الطرق العديدة التي يمكننا من خلالها الاستفادة من هذه الموجات الطولية هي ،

  • الموسيقى التي نستمع إليها بمساعدة الموجات الصوتية.
  • في الخيط المستخدم لحمل الأشياء ، يتم إنتاج موجات طولية.
  • أثناء العزف على أي آلة ، يتم إنتاج موجات صوتية.
  • تساعد شدة موجات الضغط في تحديد تأثير الزلزال.
  • وبالمثل ، فإن قياس الموجات التي تضرب شاطئ البحر يساعد في تقدير شدتها.
انتقل إلى الأعلى