مقدمة
الأمواج ظواهر طبيعية معقدة تحمل الطاقة وتنقلها عبر الفضاء أو وسط مادي. لفهم سلوك الأمواج وتأثيرها، يجب استكشاف سماتها الأساسية. تتضمن هذه السمات كلاً من قوة الموجة، ومداها، والفترة الزمنية التي تستغرقها، وتكرارها، وسرعتها. في هذه المقالة، سنتناول هذه السمات بالتفصيل، بالإضافة إلى استعراض أنواع الأمواج المختلفة.
ما هي قوة الموجة؟
قوة الموجة، أو سعتها، تمثل أقصى إزاحة للجسيمات في الوسط عن موضع سكونها. ببساطة، هي ارتفاع الموجة. تقاس قوة الموجة بوحدة المتر (م). تعتبر قوة الموجة مقياسًا للطاقة التي تحملها؛ فكلما زادت قوة الموجة، زادت الطاقة التي تنقلها.
الموجة هي ظاهرة تجسد كيفية انتقال الطاقة، وهذا يعني أن السعة هي كمية الطاقة التي تحملها الموجة.
تفسير مدى الموجة
مدى الموجة، أو طولها الموجي، هو المسافة بين نقطتين متتاليتين متطابقتين على الموجة، مثل المسافة بين قمتين متتاليتين أو قاعين متتاليين. يتم قياس مدى الموجة بوحدات الطول، مثل المتر (م)، والسنتيمتر (سم)، والمليمتر (ملم). في حالة الإشارات الموجبة تقاس بوحدات الطول كالمتر والسنتيمتر والمليمتر، أما في الأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية والضوء المرئي تُقاس بالنانو متر. توجد علاقة عكسية بين مدى الموجة وتكرارها؛ فكلما زاد التكرار، قل مدى الموجة.
فعند قياس المسافة بين نقاط أعلى موجتين متتاليتين والحصول على نقاط متوافقة فتُشير إلى نقطتين أو جسيمات بنفس المرحلة، ويُمكن قياس الطول الموجي من قمة لأخرى أو من قاع لقاع.
ما هو زمن الدورة الموجية؟
زمن الدورة الموجية هو الوقت الذي يستغرقه الجسيم لإكمال دورة اهتزازية كاملة. يقاس زمن الدورة الموجية بوحدات الزمن، مثل الثواني (ث)، والدقائق (د)، والساعات (س). على سبيل المثال، يحتاج الأرض لتدور دورة كاملة حول الشمس 365 يومًا.
الفترة الموجية تُعبّر عن الوقت الذي يحتاجه جسيم ليصنع دورة اهتزازية كاملة، وتُقاس بالوحدات الزمنية، مثل: الثواني، الساعات، الأيام، والسنوات، فعلى سبيل المثال تحتاج الأرض لتدور دورة كاملة حول الشمس 365 يومًا.
ما هو تكرار الموجة؟
تكرار الموجة هو عدد الموجات التي تمر عبر نقطة ثابتة في فترة زمنية محددة، عادةً ما تكون ثانية واحدة. تقاس بوحدة هرتز (Hz)، حيث 1 هرتز = 1 موجة في الثانية. كلما زاد عدد الموجات التي تمر عبر النقطة في الثانية الواحدة، زاد تكرار الموجة.
أمّا تردد الموجة فيعني عدد الموجات التي تمر خلال نقطة ثابتة في فترة زمنيّة محددة، وتُقاس من خلال حساب عدد القمم للموجات التي تمر في نقطة معينة خلال ثانية واحدة مثلًا، وكلّما زاد رقم القمم زاد تردد الموجات، أي أنّه كلما زاد القرب بين هذه القمم يدل على زيادة التردد.
حساب تقدم الموجة
سرعة الموجة هي المسافة التي تقطعها الموجة في فترة زمنية محددة. تقاس بوحدة المسافة على الزمن، مثل متر في الثانية (م/ث). يمكن حساب سرعة الموجة باستخدام المعادلة التالية:
السرعة = المسافة / الوقت
أمّا سرعة الموجة فهي المسافة التي تقطعها الموجة خلال فترة زمنيّة محددة، وتُقاس بوحدة المسافة إلى الزمن، مثل عدد الأمتار التي تقطعها في ثانية واحدة (م/ث)، ويُعبّر عن سرعة الموجة بالمعادلة التالية:
السرعة = المسافة/ الوقت
تصنيفات الأمواج
هناك نوعان رئيسيان للأمواج:
- الأمواج المستعرضة: هي الأمواج التي تتحرك فيها الجسيمات في الوسط بشكل عمودي على اتجاه انتشار الموجة. أمثلة على الأمواج المستعرضة: موجات الماء، وموجات الضوء، وموجات الزلازل.
والتي تتحرك في الوسط بزوايا قائمة على اتجاه انتشار الموجة، ومن أمثلتها: موجات الماء، وموجات الضوء، وموجات الزلازل. - الأمواج الطولية: هي الأمواج التي تتحرك فيها الجسيمات في الوسط في نفس اتجاه انتشار الموجة. أمثلة على الأمواج الطولية: الموجات الصوتية، وموجات الضغط.
والتي تكون فيها حركة الجسيمات في الوسط بنفس اتجاه حركة الموجة، ومن أمثلتها: الموجات الصوتيّة، وموجات الضغط.
ملخص
تعتبر سمات الأمواج أساسية لفهم سلوكها وتأثيرها في مختلف الظواهر الطبيعية والتطبيقات التكنولوجية. من خلال فهم قوة الموجة، ومداها، والفترة الزمنية، والتكرار، والسرعة، يمكننا تحليل الأمواج والتنبؤ بسلوكها بشكل أفضل. بالإضافة إلى ذلك، يساعدنا تصنيف الأمواج إلى مستعرضة وطولية على فهم كيفية انتشار الطاقة في الأوساط المختلفة.
لا تتحرّك الموجات هكذا عبثًا؛ فللموجات العديد من الخصائص التي دُرست على مرّ الزمان، ومن أهمها السعة، السرعة، التردد، الطول، والفترة، كما أنّ للموجات نوعين أحدهما الموجات العرضيّة، والأخرى الموجات الطولّية وتختلف كل منهما من حيث اتجاه انتشار الموجة.
