ما هي أقصر مسافة بين قمتين متتاليتين أو قاعين متتاليين؟ هذا السؤال يتكرر في اختبارات الثانوية العامة لطلاب القسم العلمي في مادة الفيزياء.
في هذا المقال، سنقوم بالإجابة عن هذا السؤال وسنستعرض بعض المعلومات الهامة المتعلقة بهذا الموضوع.
أقصر مسافة بين قمتين متتاليتين أو قاعين متتاليين
يُعرف أقصر مسافة بين قمتين متتاليتين أو قاعين متتاليين باسم الطول الموجي، وهو ما سنناقشه في السطور التالية.
ما هي الموجة؟
مصطلح “الموجة” هو مصطلح مجرّد، ورغم ذلك يمكننا إجراء تجربة بسيطة وآمنة لفهم معنى الموجة الحقيقي وطرق تكوينها وخصائصها.
على سبيل المثال، عند رمي حصاة في مياه حمام سباحة، يمكننا أن نلاحظ كيفية تحرك المياه كرد فعل على ذلك، وما يُعرف بالحركة الموجية.
تتمثل حركة المياه في ارتفاعها وانخفاضها، بالإضافة إلى حركتها اليمين واليسار قليلاً، مما يؤدي إلى توليد عدة أمواج.
لجعل هذه الحركة أكثر وضوحًا، يمكننا إضافة كرة خفيفة مجوفة تطفو على سطح الماء.
عند رمي الحصاة بجانب الكرة، سوف نلاحظ جميع هذه الحركات بشكل أدق.
يجدر بالذكر أن هذه الحركات لا تؤثر على موقع الكرة المجوفة، حيث تعود المياه إلى النقطة التي بدأت فيها التموج المعروفة بنقطة الاستقرار. وإذا تحركت الكرة بعيدًا عن موقعها، يكون ذلك نتيجة للطاقة الحركية المكتسبة من الموجة.
خصائص الموجات
تتميز الأمواج بخصائص عديدة تساعدنا في تمييز أنواعها المختلفة، وتمكننا من وصف الموجات التي تحمل الطاقة العالية أو المنخفضة. ومن هذه الخصائص:
- الطول الموجي.
- الزمن الدوري.
- التردد.
- السعة.
- سرعة انتشار الموجة.
- طاقة الموجة.
في الفقرات التالية، سنتعرف على كل خاصية من خصائص الموجات، مع التركيز على الطول الموجي لفهم إجابة السؤال المطروح، “ما هي أقصر مسافة بين قمتين متتاليتين أو قاعين متتاليين؟”
الطول الموجي
الطول الموجي هو أقصر مسافة بين قمتين متتاليتين أو قاعين متتاليين، وتعني القمتين المتتاليتين وجودهما في نفس الطور بشكل متماثل.
يمكننا تمثيل النقاط التي أكملت دورات متماثلة أثناء الحركة الدورية. ورمز الطول الموجي هو λ.
يتم قياس الطول الموجي للموجات العرضية (وهي الموجات التي تهتز في زاوية قائمة على اتجاه حركتها) من قمة نقطة إلى قمة أخرى أو من قاع نقطة إلى قاع أخرى.
أما في الموجات الطولية (الموجات التي تهتز في الاتجاه نفسه أثناء الحركة)، يتم القياس من ضغطها الأول إلى ضغطها الثاني أو من فراغها الأول إلى الفراغ الذي يليه.
قانون الطول الموجي
يُعرّف الطول الموجي بأنه ناتج قسمة سرعة الموجة على التردد، ويمكن التعبير عن ذلك بالمعادلة التالية: λ= V/f، حيث تشير الرموز إلى:
الطول الموجي λ
يُقاس الطول الموجي بوحدة المتر.
سرعة الموجة V
هي سرعة حركة الموجة في اتجاه محدد، وتقاس بوحدة متر/ثانية (م/ث).
التردد F
يمثل عدد القمم الموجية التي تصل إلى نقطة معينة في وقت معين، ويتم قياسه باستخدام وحدة الهرتز.
العلاقة بين الطول الموجي والتردد
يوجد ارتباط وثيق بين الطول الموجي والتردد؛ فكلما زاد التردد، انخفض الطول الموجي، بسبب أن الموجات الضوئية تمر خلال الفراغ بسرعات ثابتة.
عدد القمم التي تمر عبر نقطة معينة في وقت واحد يعتمد على طول الموجة، وهذا ما يُعرف بالتردد، وبالتالي فإن العلاقة بين التردد والطول الموجي علاقة عكسية.
ستكون قيمة التردد أكبر بالنسبة للطول الموجي القصير، وأقل بالنسبة للطول الموجي الطويل.
يمكن تمثيل العلاقة بين الطول الموجي والتردد في المعادلة التالية:
C = λv
حيث يعبر رمز C عن سرعة الضوء، والرمز λ يشير إلى الطول الموجي، والرمز V يمثل التردد.
الزمن الدوري
الزمن الدوري هو الزمن الذي تحتاجه الموجة الكاملة لتجاوز نقطة معينة، ويُقاس بالثواني.
التردد
التردد هو معدل تكرار الموجة في وحدة زمنية معينة، ويحدد التردد بالسرعة والطول الموجي، ويمكن التعبير عن ذلك بالعلاقة التالية: ع = تد × λ، حيث تشير الرموز إلى:
ع: سرعة انتشار الموجة، تد: تردد الموجة، λ: الطول الموجي.
من هذه العلاقة يمكننا أن نستنتج أن التردد والطول الموجي في علاقة عكسية دائمة؛ أي أنه يقل كلما زاد طول الموجة. وحدة قياس التردد هي الهرتز.
السعة
تُعتبر السعة من الخصائص المهمة المتعلقة بالموجة، حيث تؤثر بشكل واضح على الطاقة الخاصة بها. تتناسب الطاقة الموجية طرديًا مع السعة.
السعة هي المسافة بين قاع الموجة وقمتها مقارنة بمستوى صفر، الذي يمثل النقطة التي تختفي فيها حركة الموجة.
هذا المستوى يُعرف بمستوى اتزان الوسط الناقل، والسعة تُقاس بوحدات الطول.
سرعة انتشار الموجة
سرعة انتشار الموجة هي السرعة التي تتحرك بها الموجة إما في الفراغ أو في الأوساط الناقلة. يمكن تعريفها بأنها سرعة إعادة توليد الموجات لنفسها.
تُقاس سرعة انتشار الموجة باستخدام الوحدات القياسية، ويتم تحديدها بقسمة وحدة قياس الطول على وحدة قياس الزمن، بحيث تكون وحدة قياس السرعة م/ث.
طاقة الموجة
تشير طاقة الموجة إلى القوة المرتبطة بها، حيث تُعبر عن الطاقة التي تنتقل من الموجات إلى الأشياء الأخرى، وهي متناسبة مع مربع التردد والسعة، وكذلك مع سرعة الموجة.
أنواع الموجات
يمكن تصنيف الموجات استنادًا إلى معايير مختلفة، مما يؤدي إلى وجود أنواع مختلفة من الموجات.
المعيار الأول يعتمد على الاتجاه الذي تنتشر فيه الموجة، بينما الثاني يعتمد على ما إذا كانت الموجة تحتاج إلى وسط للانتقال أم لا. فيما يلي توضيح لكلا المعيارين:
تصنيف الموجة على أساس الاتجاه
الموجات الطولية
تتكون الموجات الطولية من انضغاط واحد وتخلخل واحد؛ على سبيل المثال، تتعلق الموجات الصوتية.
تظهر فيها عملية تضاغط الجزئيات في الهواء مما يجعلها تقترب من بعضها، أما التخلخل فهو ابتعاد هذه الجزيئات عن بعضها البعض.
الموجات المستعرضة
تتكون هذه الموجات من قمم وقيعان، فعلى سبيل المثال، إذا أخذنا موجة من المياه، فستظهر على شكل ارتفاعات وانخفاضات في مستوى المياه، وهو ما يُعرف باسم القمة والقاع.
تصنيف الموجة بناءً على الوسط
يمكن تقسيم الموجات إلى نوعين، أحدهما يحتاج إلى وسط للحركة، والآخر يمكنه الانتقال في الفراغ.
الموجات التي لا تحتاج إلى وسط تُعرف بالموجات الكهرومغناطيسية، مثل الضوء المرئي الصادر عن الشمس، والذي يمكنه الانتقال عبر الفراغ ليصل إلى الأرض.
أما الصنف الآخر، الذي يحتاج إلى وسط، يُعرف بالموجات الميكانيكية، مثل الأمواج الصوتية التي تتطلب وسطًا لنقل طاقتها من مكان لآخر.
