حينما نلقي حجرًا في الماء، فإننا نرى الماء وقد اضطرب، صانعًا حلقات متداخلة من موجات المياه، هذه الحلقات مركزها موضع إلقاء الحجر، وتظل في الاتساع ثم تتلاشى شيئًا فشيئًا، هكذا الموجات الكهرومغناطيسية، تنشأ من جهاز مصدر الموجة، حتى تنتهى إلى الجهاز المستقبل، أو تتلاشى مع طول المسافة. وكذلك إذا قمت بضغط سلك معدني ملفوف على هيئة زنبرك ، فسوف ينضغط ويتداخل، ثم إذا تركته حرًا فسوف يرتدّ إلى موضعه، وهذا ما يمثّل سلوك الموجات الصوتية، التي تنتقل في الوسط على هيئة تضاغطات وتداخلات، وكثيرًا ما تعتمد أجهزة البثّ على هاتين النوعيتين من الموجات، ولذلك سوف نتناولهما، ووحدة قياسهما بشيء من التفصيل، خلال مقالنا على النحو الآتي:
مفهوم الموجة
الموجة الطولية أو العرضية، هي عبارة عن اضطراب، أو تخلخل يحدث في الوسط المحيط، يُحدثه المصدر عند نقطة المنبع، ويمتدّ في هذا الوسط من المنبع إلى نقطة الاستقبال، أو أن تتلاشى في الفضاء، وبالتالي فهي: ” اضطراب أو تذبذب ينتقل في الوسط المحيط بسرعة ثابتة خلال زمن محدد”.
ما هي وحدة قياس سرعة الموجة؟
سرعة الموجة تقاس بـ متر في الثانية (متر/ثانية) او بالإنجليزية (m/s)
ماهية الطول الموجي
كما أسلفنا من قبل، أن هناك نوعان من الموجات، هما الموجات الطولية، مثل موجات الضوء – موجات كهرومغناطيسية -، والموجات المستعرضة، مثل الموجات الصوتية، فالموجات الطولية تتحرك في هيئة قمة ثم قاع وهكذا، أما الموجات المستعرضة، فتتحرك في هيئة تضاغط، ثم تخلخل وهكذا؛ وعلى هذا فالطول الموجي هو: ” المسافة بين قمتين متتاليتين، أو قاعين متتاليين في الموجات الطولية، أو المسافة بين تضاغطين متتاليين، أو تخلخلين متتالين في الموجات المستعرضة”.
تردد الموجة
وحيث أن الموجة تتحرك على هيئة قمم وقيعان، أو على هيئة تضاغطات وتخلخلات، فتكرار تلك القمم والقيعان، أو التضاغطات والتخلخلات في المتر الواحد، على طول خط الموجة، يطلق عليه اصطلاحًا التردد.
العلاقة بين التردد وطول الموجة
نلاحظ أن طول الموجة الطولية مثلًا، هو المسافة بين قمتين أو قاعين متتاليين، فإذا زاد التردد في وحدة المتر، فهذا يعني أن الطول الموجي سينكمش ليعوض هذه الزيادة، بينما إذا قلّ التردد في وحدة المتر، فستنبسط الموجة، أي يزيد طولها، فالعلاقة بينهما علاقة عكسية، وأيضًا كلما زادت سرعة الموجة في وحدة المتر، مع ثبات التردد، كلما زاد الطول الموجي، ويعبر عن هذه العلاقة رياضيًا بالعلاقة الآتية:
الطول الموجي = سرعة الموجة ÷ ترددها.
وحدة قياس الطول الموجي
أي كميّة فيزيائية لابد من تمييزها بوحدة قياس تعبر عن مدلولها، وإلا فقدت تلك الكمية مدلولها الفيزيائي، والطول الموجي كـ كمية فيزيائية، لابد له من وحدة قياس تميزه، وبما أن الموجة تنتشر حول محورها في خط طولي في وحدة الزمن؛ لذلك فهي تقاس بالوحدة الطولية المتر/ثانية ( m/s ).
ما هي وحدة قياس الطول الموجي؟
يقاس الطول الموجي بـ متر في الثانية (متر/ثانية) (m/s)
ولكن انتشار الموجة يرتبط بـ متغيرين أساسيين، هما طول الموجة، وسرعتها، أو ترددها؛ ولذلك فلابد من تمييز التردد بوحدة قياس أيضًا، فتمّ إطلاق وحدة الهرتز عليه، لتمييز التردد؛ وذلك تخليدًا لاسم مكتشفها، العالم الفيزيائي هاينريش هيرتز.
والموجة تنتشر في الوسط المحيط خلال زمن محدد، وبالتالي تمّ اتخاذ الثانية كوحدة قياس لزمن انتشار الموجة في الفضاء أو الوسط الناقل.
الخصائص الموجية
للموجات بجميع أنواعها، أهمية كبيرة في حياتنا، وفي علم الفيزياء بصفة خاصة؛ لاستخدامها في العديد من الدراسات الفيزيائية التطبيقية، ويمكن تناول الخصائص الموجية كالآتي:
الطول: تتمتع الموجات الطولية والمستعرضة بخاصية الطول الفيزيائي، والذي يقاس بوحدة المتر، فهناك الموجات الطويلة القصيرة، ويرجع ذلك إلى عدد ترددات الموجة في الثانية الواحدة، في وحدة الطول المترية.
الزمن: تنتقل الموجات في الوسط خلال زمن محدد، وبالتالي فإن الزمن المستغرق لبثّ الموجة، يحدد الطول أو مساحة الانتشار للموجة.
التردد: تنتشر الموجات على هيئة ذبذبات، أو ترددات، حول محور خط طول انتشار الموجة، ويتوقف عليها طول الموجة، وطاقاتها .
الطاقة: تحمل الموجة طاقة فيزيائية خلال انتشارها في الوسط، وتعتمد طاقة الموجة على مربع التردد، والسرعة، والسعة.
سرعة الانتشار: وهي من الخصائص الهامة للموجة، وتعبر عن سرعة تحركها أو انتقالها، سواء في الفضاء، أو في الوسط الحامل لها.
السعة: وهي من الخصائص المميّزة للموجة، وسعة الموجة تعتمد على طاقتها، وتتناسب معها تناسبًا طرديًا.
وبهذا نكون قد قدمنا لمحة يسيرة عن ماهية الطول الموجي، وما يتعلق به من وحدة قياس، وسرعة، وتردد، وخصائصه الفيزيائية، التي يتمّ الاستفادة بها في التطبيقات الحياتية، على مختلف أنواعها.
