نبذة تعريفية عن “الموجات المُستعرِضة” و”الموجات الطولية”

2011 مكتبة الفيزياء خواص وسلوك الموجات

أبريل أيزاكس

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

الموجات المستعرضة الموجات الطولية الفيزياء

سنبداً الآن دراسة الحركة الموجية بتفحص الاتجاه الذي تتخذه حركة الموجات الميكانيكية.

يتوقف تحديد اتجاه حركة الموجات الميكانيكية على مرونة حركة الوسط الذي تنتشر عبره الموجات، وهناك ثلاث فئات رئيسة يمكن بموجبها تصنيف الموجة الميكانيكية، وهي: الموجات المُستعرِضة، والموجات الطولية، والموجات السطحية.

إذا كانت جسيمات الوسط تتحرك باتجاه عمودي بالنسبة لاتجاه حركة الموجة فإن الموجة تكون مُستعرِضة.

 

ويمكن اعتبار تجربة الحبل التي قمنا بها مثالاً ممتازاً على هذا النوع من الموجات، ولقد كانت حركة الموجة التي قمنا بتكوينها أفقية، ونقلت الطاقة من يدنا إلى مقبض الباب.

في حين كان اتجاه حركة الحبل (الوسط) عمودياً، كان الانزياح المؤقت يتحرك نحو الأعلى والأسفل على شكل هضاب ووديان.

إن الحركة الموجية التي يؤديها جمهور المتفرجين في الملاعب مثال آخر على السلوك الذي تتخذه الموجة المُستعرِضة. افترِض أنك في ملعب كرة القدم وبدأ أحد المشجعين بأداء ما يُعرف باسم «موجة المتفرجين».

 

يبدأ هذا الشخص بالوقوف ثم الجلوس، وما إن يجلس حتى يقوم شخص آخر يجلس جواره بالوقوف، وهكذا دواليك. تبدأ السلسلة من اليسار إلى اليمين، أو بالعكس، إلى أن تبلغ الموجة آخر شخص يجلس بين صفوف المتفرجين.

تتخذ هذه الحركة التي يؤديها كل واحد من المتفرجين (الوسط) اتجاهاً عمودياً (بالوقوف ثم الجلوس)، وتكون في وضع عمودي بالنسبة للاتجاه الأفقي للموجة (من اليسار إلى اليمين أو من اليمين إلى اليسار).

كما أن الأمر المهم الذي يجب أن نتذكره عن الموجة المُستعرِضة هو أن قوة الاضطراب أو التحفيز تكون متعامدة مع اتجاه الموجة، علماً أن الموجات المُستعرِضة تكون إما ميكانيكية أو كهرومغناطيسية.

 

أما النوع الآخر من الموجات فهو «الموجة الطولية». تتحرك جسيمات الوسط في هذا النوع باتجاه موازٍ للاتجاه الذي تتحرك فيه الموجة.

ولنفترض أن اهتزازاً خرج من مصدر ما باتجاه جسيم داخل وسط محدد، إذا كانت الموجة طولية يقوم الجسيم بدفع طاقته نحو الجسيم المجاور.

حيث تبدأ جسيمات الوسط بالانزياح المؤقت من اليسار إلى اليمين باتجاه أفقي في الوقت الذي تتحرك فيه الموجة أيضاً من اليسار إلى اليمين باتجاه أفقي.

 

تُعدّ موجة الصوت مثالاً على الموجة الطولية. تخيّل أنك تقف على مسافة قريبة من أحد أصدقائك في الغرفة، فيبادرك التحية قائلاً: «مرحـــــى!». ينتقل الصوت عبر الغرفة إلى أذنيك باتجاه أفقي، حيث يقوم الصوت عند انتقاله بدفع جزيئات الهواء باتجاه أفقي.

وعلى عكس الموجة المُستعرِضة، لا تتحرك الموجة الصوتية على شكل هضاب ووديان وإنما على نسقٍ متكرر من الانضغاط والتخلخل.

والانضغاطات عبارة عن أماكن داخل الوسط تتدافع بشكل متلاصق مع بعضها بعضاً، أما التخلخل يمثل الأماكن المنتشرة بصورة متباعدة عن بعضها بعضاً داخل الوسط.

 

تستطيع الموجات الطولية الانتقال عبر الأجسام الصلبة والسوائل والغازات، لكن الغازات والسوائل لا تدعم حركة الموجات المُستعرٍضة البحتة، ولعلك تتسائل حول تصنيف موجة البحر؛ لذلك تخيّل أنك تمضي يوماً مشمساً في ركوب الأمواج.

قد تبدو الموجة التي تركبها كما لو أنها موجة مُستعرِضة؛ لأنك تركب موجة تبدو كما لو أنها تتحرك باتجاه عمودي متعامد مع اتجاه الموجة.

وبعبارة أخرى، إن الموجة تدفعك نحو الشاطىء، بينما يتحرك الماء إلى الأعلى والأسفل، وبما أن الموجات المُستعرِضة لا تستطيع الانتقال عبر السوائل والغازات فإن الموجة البحرية يجب أن تصنّف تصنيفاً آخر.

 

مع أن هناك موجات طولية في أعماق البحر، إلا أن الأمواج التي تظهر على السطح تُعرف باسم «الموجات السطحية».

تتكّون الموجة السطحية من توليفة تشتمل على حركة مُستعرِضة وطولية تجعل الماء (الوسط) يتحرك بشكل دائري.

وتقتصر هذه الحركة الدورانية فقط على الجسيمات الواقعة على سطح الوسط أو القريبة منه، وتميل حركة الجسيمات إلى التناقص كلما ابتعدنا عن السطح.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]