أقصر مسافة بين قمتين متتاليتين أو بين قاعين متتاليين؟

ما هي أقصر مسافة بين ارتفاعين متتاليين أو قاعين متتاليين؟ يعتبر هذا السؤال من المواضيع الشائعة في امتحانات الثانوية العامة لطلبة القسم العلمي في الفيزياء.

في هذا المقال سنجيب على هذا السؤال ونوضح بعض المعلومات الأساسية المتعلقة بالموجات.

ما هي أقصر مسافة بين ارتفاعين متتاليين أو قاعين متتاليين؟

أقصر مسافة بين قمتين أو قاعين متتاليين تعرف بالطول الموجي، وهو ما سنستعرضه في الفقرات التالية.

تعريف الموجة

مصطلح الموجة هو مفهوم مجرد، لكن يمكننا إجراء تجارب بسيطة وآمنة لتوضيح معناها الحقيقي وطرق تكوينها وخصائصها.

على سبيل المثال، عندما نرمي حصاة في حوض السباحة، يمكننا أن نلاحظ كيف يتحرك الماء نتيجة لذلك. وتسمى هذه الحركة بالحركة الموجية.

يتحرك الماء لأعلى ولأسفل، ويتحرك أيضًا قليلاً إلى اليمين واليسار. وبتكرار هذه الحركات تتشكل موجات عديدة.

ولجعل هذه الحركة أكثر وضوحا، يمكننا إضافة كرة خفيفة مجوفة تطفو على سطح الماء.

وعندما نرمي الحجر في البركة والكرة فيه، سنلاحظ كل هذه الحركات بشكل أوضح.

ومن الجدير بالذكر أن هذه الحركات لا تؤثر على وضعية الكرة المجوفة، حيث يعود الماء إلى النقطة التي بدأت منها الحركة (المعروفة بنقطة الاستقرار). إذا ابتعدت الكرة، فذلك نتيجة للطاقة الحركية التي اكتسبتها من الموجة.

خصائص الموجة

هناك العديد من الخصائص التي تميز الموجات، مما يسمح لنا بتمييز كل نوع عن الآخر، ويمكننا وصف الموجات على أساس طاقتها العالية أو المنخفضة. ومن هذه الخصائص:

• الطول الموجي.
• الوقت الدوري.
• تكرار.
• سعة.
• سرعة انتشار الموجة.
• طاقة الأمواج.

وفي الفقرات التالية، سوف نستعرض كل خاصية من خصائص الموجات، مع التركيز على الطول الموجي لفهم إجابة السؤال المطروح.

الطول الموجي

الطول الموجي هو أقصر مسافة بين قمتين أو قاعين متتاليين، ويشير إلى أن النقاط في الطور.

ويمثل الطول الموجي بالرمز π.

يُقاس الطول الموجي للموجات المستعرضة (الموجة التي تهتز بأي زاوية أفقية) عادة من القمة إلى القمة أو من القاع إلى القاع.

أما الموجات الطولية (التي تهتز في اتجاه واحد) فيقاس طولها الموجي من الضغط الأول إلى الضغط الثاني أو من الفراغ الأول إلى الفراغ الذي يليه.

قانون الطول الموجي

ويتم التعبير عن الطول الموجي بالعلاقة التالية: LA = V / f، حيث يمثل:

الطول الموجي lect

عادة ما يتم قياس الطول الموجي بالأمتار.

سرعة الموجة V

ويشير إلى سرعة الموجة في اتجاه معين، ويتم قياسه على مقياس متر في الثانية (م/ث).

التردد ف

يمثل التردد عدد قمم الموجات التي تمر عبر نقطة معينة في وقت محدد، ويقاس بالهرتز.

العلاقة بين الطول الموجي والتردد

هناك علاقة وثيقة بين الطول الموجي والتردد. كلما زاد التردد، انخفضت قيمة الطول الموجي، بسبب ثبات سرعة موجات الضوء في الفراغ.

ويعتمد عدد قمم الموجات التي تمر بنقطة معينة في وقت معين على الطول الموجي الذي يوضح العلاقة العكسية بينها.

لذلك، كلما كان طول الموجة أقصر، زاد التردد، والعكس صحيح.

يمكن تمثيل العلاقة بين الطول الموجي والتردد بالمعادلة التالية:

ج = v

حيث تمثل C سرعة الضوء، وتمثل α الطول الموجي، ويمثل V التردد.

الوقت الدوري

الزمن الدوري هو الوقت الذي تستغرقه موجة كاملة للمرور عبر نقطة معينة، ويتم قياسه بالثواني.

تكرار

التردد هو نسبة تكرار الموجة مع مرور الوقت، ويعتمد على سرعة الموجة وطولها. ويمكن التعبير عنها بالعلاقة التالية: p = td x lect، حيث يشير الرمز “p” إلى سرعة انتشار الموجة، و”td” إلى تردد الموجة، و”lect” إلى الطول الموجي.

يمكننا أن نستنتج من هذه العلاقة أن التردد والطول الموجي يرتبطان دائمًا عكسيًا. يتناقص التردد مع زيادة الطول الموجي، ووحدة قياس التردد هي الهرتز.

سعة

تعد السعة خاصية حيوية للموجة، حيث أن لها تأثيرًا مباشرًا على طاقتها. ترتبط طاقة الموجة ارتباطًا مباشرًا بالسعة.

تعرف السعة بأنها المسافة بين قاع الموجة وذروتها عند مستوى الصفر، وهو المستوى الذي لا توجد عنده حركة للموجة، ويعرف بمستوى توازن الوسائط المرسلة.

يتم قياس السعة بوحدات الطول.

سرعة انتشار الموجة

تشير سرعة انتشار الموجة إلى السرعة التي تتحرك بها، سواء في الفراغات أو في الوسائط الموصلة، وتعرف بأنها السرعة التي تتكاثر بها الموجات.

ويمكن قياسها باستخدام الوحدات القياسية، حيث وحدة السرعة هي م/ث.

طاقة الأمواج

الطاقة الموجية هي واحدة من خصائصها المميزة. فهو يخبرنا بالطاقة المنقولة من الموجات إلى أشياء أخرى، وهي تتناسب طرديًا مع مربع التردد والسعة، وكذلك مع سرعة الموجة.

أنواع الموجات

يمكن تصنيف الموجات بناءً على معايير مختلفة، إذ أن هناك تصنيفات متعددة للموجات.

يعتمد أحد المعايير على الاتجاه الذي تنتشر فيه الموجة، بينما يعتمد المعيار الآخر على ما إذا كانت تحتاج إلى وسط لتتحرك أم لا. وفيما يلي سنوضح كلا من:

تصنيف الموجة على أساس الاتجاه

الموجات الطولية

تتكون الموجات الطولية من عملية انضغاط واحدة وتخلخلة واحدة، مثل الموجات الصوتية.

حيث يحدث ضغط للجزيئات المحمولة بالهواء مما يجعلها تقترب من بعضها البعض، والتخلخل هو حركة هذه الجزيئات بعيداً عن بعضها البعض.

موجات عرضية

يتكون من قمم وقيعان. على سبيل المثال، عندما تأخذ موجة من الماء، فإنها تظهر على شكل ارتفاع وهبوط.

تصنيف الموجات على أساس المتوسطة

يمكن تقسيم الموجات إلى نوعين: تلك التي تحتاج إلى وسط لتتحرك، وتلك التي يمكن أن تتحرك في الفراغ.

والنوع الذي لا يحتاج إلى وسط يعرف بالموجة الكهرومغناطيسية، التي تنتقل طاقتها، مثل الضوء المرئي، عبر الفراغ.

بينما النوع الآخر يعرف بالموجة الميكانيكية، والتي تحتاج إلى وسط لنقل الطاقة، كما في حالة الموجات الصوتية.