طبقه بندی امواج

هدف:

موج ها انواع گوناگونی دارند و بررسی هر کدام از آن ها باید با ذکر نمونه و سوال مرتبط صورت گیرد تا دانش آموز کاملا مفهوم جداگانه هر کدام از آن ها را فرا گیرد.

شرح درس:

شاید از همین ابتدا سوال کنید که خود موج چیست؟

به هر اختلال و آشفتگی که درون یک محیط ایجاد شده و از محلی به محل دیگر حرکت می کند، موج می گویند. موج ها با ارتعاش جسم یا ماده ای که می تواند باعث انتقال موج شود، تشکیل می شوند. مثلا شما می توانید با یک ارتعاش در انتهای طنابی که با آن بازی شمع و گل و پروانه انجام می دهید، موج بسازید! یعنی طناب را به سرعت به بالا و پایین حرکت دهید؛ به این صورت شما امواجی درست کرده اید که از طریق طناب از یک انتها به انتهای دیگر آن حرکت می کنند.

تمام امواج توسط نوعی ارتعاش ایجاد می شوند. ارتعاش باعث ایجاد اختلال در محیطی می شود که منبع موج به حساب می آید.

امواج به صورت های مختلفی در اطراف ما هستند: موج های صوتی، موج های طناب، امواج رادیویی، امواج نور مرئی(قابل دیدن)، امواج آب، امواج ریز (میکروموج ها)، موج های سینوسی، امواج دوره ای، امواج زلزله، امواج کسینوسی و ... .

تمام امواج از یک آشفتگی در محیط ظاهر می شوند؛ مثلا وقتی سنگی را داخل آب می اندازید یا قایقی روی آب حرکت می کند، امواجی داخل آب به وجود می آید. کلیه امواج، دو جزء اصلی دارند:

2-دره (فرورفتگی یا پایین ترین مکان ارتعاش موج).

انواع مختلف امواج:

موج ها را به سه نوع دسته بندی می کنند:

1) امواج مکانیکی
2) امواج الکترومغناطیسی
3) امواج ماده

امواج مکانیکی به صورت انتشار آشفتگی از طریق یک محیط مادی حاصل می شوند و چون حرکتشان حول مکان میانگین آن ها تناوبی و تکرارشونده است، اختلال و آشفتگی از یک ذره به ذره دیگر انتقال پیدا می کند.

امواج الکترو مغناطیسی اختلالاتی هستند که به هیچ محیط مادی برای انتشار نیاز ندارند و حتی در داخل خلأ هم می توانند منتشر شوند. این امواج به دلیل تغییرات میدان های الکتریکی و مغناطیسی به وجود می آیند. امواج ماده، امواجی هستند که در الکترون ها و ذرات تولید می شوند.
 
در این مطلب فقط به طبقه بندی امواج مکانیکی می پردازیم و در مطالب بعد به انواع دیگر موج نیز اشاره خواهیم کرد.

امواج مکانیکی:

وجود محیط برای انتشار این امواج ضروری است. انتشار انرژی که در آن اختلال با سرعت معین  بدون تغییر شکل منتشر می شود، باعث ایجاد امواج مکانیکی می شود.

انرژی و اندازه حرکت با حرکت ذرات در ماده منتشر می شوند اما ماده به همان صورت قبل باقی می ماند و از مکان خود جابه جا نمی شود. انتشار امواج به دلیل خاصیت مهم محیط یعنی خاصیت کشسانی و لختی آن صورت می گیرد.

مثال:

ارتعاش طناب، موج سطحی که روی سطح جامد یا مایع تولید می شود، موج صوتی، موج سونامی، موج های p زلزله، موج های فراصوت، ارتعاشات درون گاز و نوسان فنر و... همه در طبقه بندی امواج مکانیکی قرار دارند.

امواج مکانیکی سه نوع هستند:

الف) موج عرضی:

اگر ذرات درون محیط در جهت عمود بر مسیر انتشار موج ارتعاش می کنند، پس ارتعاش آن ها از نوع عرضی است.

در موج عرضی همیشه دو جهت وجود دارد که به صورت مستقل از هم برای جهت موج مورد استفاده قرار می گیرند.

ارتعاش نخ مثالی از موج عرضی است.

ب) موج طولی:

اگر ارتعاش ذرات محیط در جهت انتشار موج باشد، پس با یک موج طولی سر و کار داریم. در موج طولی با فشردگی و پراکندگی ذرات ارتعاشی روبرو هستیم.

یک موج طولی به شکل فشردگی و فاصله گرفتن ذرات در محیط انتشار پیدا می کند مانند کشیدن و رها کردن یک نوار لاستیکی کشسان.

در نقاطی که ذرات در آن متراکم و نزدیک هم هستند، فشار و چگالی ذرات در بیشترین حالت است و در نقاطی که پراکندگی و از هم فاصله گرفتن ذرات وجود دارد، فشار و چگالی در کم ترین حالت خود قرار دارند.

امواج طولی را امواج متراکم نیز می نامند. امواج صوتی، امواج سونامی، امواج فراصوت، موج های p زلزله، ارتعاش گاز، موج های داخل آب و .. نمونه هایی از امواج طولی اند.

در گازها فقط امواج طولی منتشر می شوند!

در شکل بالا نقاط قرمز نشان دهنده تک تک ذراتی است که در محیط ارتعاش می کنند. نقاط سیاه که مجموعه ای از تک تک ذرات ارتعاش کننده اند، نشان دهنده موج ارتعاشی در محیط هستند. می توانید مکان هایی که تراکم و پراکندگی ذرات در آن جا کاملا واضح است را ببینید.

ج) موج سطحی:

موج سطحی نیز نوعی از امواج مکانیکی است که ترکیبی از  هر دو حرکت عرضی و طولی را دارد. وقتی موج از درون آب عبور می کند، ذرات در دایره هایی ساعتگرد حرکت می کنند. با افزایش عمق داخل آب، شعاع دایره ها کاهش پیدا می کند. شکل زیر نشان دهنده موج آبی است که از چپ به راست حرکت می کند و طول موج این امواج در این ناحیه از آب، کمتر از عمق آب است. دو ذره به رنگ زرد در این شکل به دلیل این که در عمق های متفاوت، شعاع های متفاوتی هم دارند و ساعتگرد ارتعاش می کنند.

مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه: خدیجه آلچالانلو
تنظیم: مریم فروزان کیا