موج
موج ارتعاش یا نوسانی است که انرژی را در محیط منتقل میکند. انتشار موجها باعث میشوند که ما در مورد آنچه که در پیرامونمان موجود است اطلاعات به دست بیاوریم. برای مثال شنیدن صدای موسیقی یا پرندگان از طریق انتشار و رسیدن امواج به گوش ما امکان پذیر است. بالا و پایین رفتن آب دریا و درنتیجه ایجاد موج سبب تولید انرژی شده که میتوان از آن استفاده کرد. به جسمی که در یک محیط موج ایجاد میکند، چشمه موج میگویند. چشمه موج با بسامد و دامنه ثابت حرکت نوسانی را ایجاد میکند در شکل زیر شخص با حرکت دادن فنر سبب ایجاد موج شده، بنابراین چشمه موج است.
محیط کشسان
محیط کشسان محیطی است که خاصیت کشسانی دارد. کش، فنر، جامدها، مایعها و گازها همگی محیط کشسان هستند. اگر در یک محیط کشسان تغییر شکلی ایجاد شود، نیروهای کشسان که بین اجزای محیط وجود دارند، سبب بازگشت آن به حالت اولیه میشوند. در شکل زیر طنابی به درخت بسته شده است. شخص طناب را کشیده و رها میکند. یک برامدگی ایجاد میشود که در طول طناب شروع به حرکت کرده و رو به جلو میرود از هر قسمت طناب که عبور میکند یک برامدگی ایجاد میکند و پس از گذشتن از آن نقطه دوباره طناب به حالت اولیه خود باز میگردد و به این ترتیب طناب به عنوان یک محیط کشسان از خود خاصیت کشسانی نشان میدهد.
تب
در یک محیط کشسانی نیروی کشسانی وجود دارد. وقتی در یک محیط کشسانی تغییر شکل یا آشفنگی ایجاد شود، این تغییر شکل توسط نیروی کشسانی جز به جز در محیط کشسان منتقل میشود. تب بر خلاف موج که آشتگی پیوسته است، یک آشفتگی تنها به شمار میآید. به این تغییر شکلی که در محیط کشسان ایجاد شده است، تب و به انتقال آن در محیط انتشار میگویند.
انواع موج
موجها را بر اساس محیط انتشار میتوان به دو دستهی امواج مکانیکی و الکترومغناطیس تقسیم کرد.
مشاهده و انجام آزمایش در سایت آزتو
موج مکانیکی
موج مکانیکی برای انتشار نیاز به محیط مادی دارد و در خلا منتشر نمیشود. برای مثال دست خود را روی آب گذاشته و به آرامی به سطح آب ضربه بزنید. بین مولکولهای آب نیروی کشش سطحی وجود دارد و همین باعث میشود آب یک محیط کشسان به حساب آید. در نقاطی که انگشتان دست با سطح آب برخورد میکند، به طرف پایین رفته و به دلیل وجود نیروهای کشسان مجدد بالا میآید و نوسان مولکولهای آب اتفاق میافتد که به صورت دایرههای متحدالمرکز خود را نشان میدهد. امواج مکانیکی فقط در محیط مادی منتشر میشوند، وقتی یک آشفتگی در محیط ایجاد میگردد، به دلیل تغییر شکل، نیروهای داخلی ایجاد میشوند که سبب انتشار این آشفتگی در محیط میشوند. امواج مکانیکی برای انتشار نیاز به انرژی دارند. موجهای صوتی، زلزله و آب نمونههایی از امواج مکانیکی هستند که در شکل زیر نشان داده شده است.
موج الکترومغناطیس
امواج الکترومغناطیس برای انتشار خود به محیط مادی نیاز ندارند بنابراین در خلا هم منتشر میشوند.
وقتی یک ذره دارای بار است میدان الکتریکی ایجاد میکند حال اگر این ذره حرکت شتابدار هم داشته باشد میدان مغناطیسی هم ایجاد میکند. این میدانهای الکتریکی و مغناطیسی طبق شکل زیر به طور عمود بر هم نوسان میکنند و امواج الکترومغناطیس را ایجاد میکنند. در واقع میدان الکتریکی و مغناطیسی در حال انتشار هم بر هم و هم بر جهت پیش روی موج عمود هستند. امواج الکترومغناطیس انرژی را توسط میدانهای الکتریکی و مغناطیسی منتقل میکنند.
در شکل زیر طیف امواج الکترومغناطیس نشان داده شده است. از راست به چپ طول موج و از چپ به راست فرکانس افزایش مییابد.
مشخصههای موج
به هر برآمدگی قله و به هر فرورفتگی دره میگویند. فاصلهی هر قله یا دره تا خط افق یا نسبت به سطح آرام و ساکن را دامنه مینامند. دامنهها با تغییر بزرگی صدا عوض شدهاند. هرچه صدا بلندتر باشد دامنه هم بیشتر است. در شکل زیر قله، دره و دامنه نشان داده شده است.
طول موج و جبهه موج
به فاصلهی بین دو قله متوالی یا دو دره متوالی طول موج میگویند. به هریک از برآمدگیها و فرورفتگیهای ایجاد شده روی سطح آب جبهه موج میگویند. در شکل زیر جبهه موج نشان داده شده است.
دوره تناوب
اگر یک رویداد به طور پیوسته تکرار شود به معنی تناوب داشتن است، مدت زمانی که لازم است تا این عمل یک چرخه کامل را طی کند و دوباره از اول تکرار شود، زمان تناوب نامیده میشود. دوره تناوب برای موج هم تعریف میشود. مدت زمانی که لازم است تا موج چرخه ارتعاشی خودش را کامل کند و یک سیکل کامل را طی کند (یکبار) دوره تناوب آن موج نام میگیرد و واحد آن از جنس زمان (ثانیه) است. اگر بخواهیم دوره تناوب را روی گراف نشان دهیم فاصلهی بین دو قله یا دو دره متوالی است. وقتی صدا زیر است دوره تناوب کمتر و در صورت بم بودن، دوره تناوب بیشتری دارد.
مشاهده و انجام آزمایش در سایت آزتو
مقایسه دوره تناوب و طول موج
اگر گراف مربوط به یک موج رسم شود طبق شکل زیر طوریکه محور افقی برحسب فاصله باشد، فاصلهی دو قله یا دره متوالی، طول موج را نشان میدهد اما اگر محور افقی برحسب زمان باشد، نشانگر دوره تناوب است.
فرکانس یا بسامد
فرکانس تعداد تکرار یک واقعه در واحد زمان است. فرکانس با دوره تناوب رابطه عکس دارد. بنابراین هرچقدر یک رویداد تکراری، در مدت زمان کمتری اتفاق بیفتد، فرکانس بیشتری دارد. واحد آن هرتز است. در شکل زیر شکل موجها با فرکانسهای متفاوت نشان داده شده است.
تندی انتشار موج
جبهه موج در مدت زمان مسافتL را طی میکند. اگر این دو پارامتر را به هم تقسیم کنیم تندی انتشار حساب میشود. در مورد یک موج طول موج که همان لاندا هست در دورهT طی میشود و در نتیجه تندی انتشار طبق رابطه زیر حساب میشود.
