ظواهر الموج - المعرفة هايبر ماركت. يمكن للموجة أن تنحني حول عوائق تتناسب أبعادها مع طولها
ميزانية البلدية مؤسسة تعليمية- متوسط
مدرسة شاملةرقم 2 يحمل اسم A.I Herzen، Klintsy منطقة بريانسك
درس حول الموضوع
إعداد وتنفيذ:
مدرس الفيزياء
بروخورينكو آنا
الكسندروفنا
كلينتسي، 2013
محتوى:
درس حول الموضوع "ظاهرة الموجة. انتشار الموجات الميكانيكية. الطول الموجي. سرعة الموجة. »
الغرض من الدرس: تقديم مفاهيم الموجة وطول الموجة وسرعتها، وظروف انتشار الموجة، وأنواع الموجات، وتعليم الطلاب كيفية تطبيق الصيغ للعثور على طول الموجة وسرعتها؛ دراسة أسباب انتشار الموجات المستعرضة والطولية.
المهام المنهجية:
التعليمية : تعريف الطلاب بأصل مصطلح "الموجة، الطول الموجي، سرعة الموجة"؛ يبين للطلاب ظاهرة انتشار الموجات، ويثبت أيضاً من خلال التجارب انتشار نوعين من الموجات: المستعرضة والطولية.
التنموية : تعزيز تنمية مهارات الكلام والتفكير والمعرفية ومهارات العمل العامة؛ تعزيز إتقان أساليب البحث العلمي: التحليل والتوليف.
التعليمية :
نوع الدرس: تعلم مواد جديدة.
طُرق: لفظي، بصري، عملي.
معدات: الكمبيوتر، العرض.
العروض التوضيحية:
الموجات المستعرضة والطولية.
انتشار الموجات المستعرضة والطولية.
خطة الدرس:
تنظيم بداية الدرس.
مرحلة التحفيز. تحديد الأهداف والغايات للدرس.
تعلم مواد جديدة
توحيد المعرفة الجديدة.
تلخيص الدرس.
خلال الفصول الدراسية
المرحلة التنظيمية
مرحلة التحفيز. تحديد الأهداف والغايات للدرس.
ماذا لاحظت في مقاطع الفيديو هذه؟ (أمواج)
ما أنواع الأمواج التي رأيتها؟
بناء على إجاباتك سنحاول أن نضع أهدافا لدرس اليوم، فلنتذكر ما هي خطة دراسة المفهوم، في في هذه الحالةمفهوم الموجة؟ (ما هي الموجة، أي تعريفها، أنواع الموجات، خصائص الموجات)
سأساعدك في درس اليوم في مفاهيم الموجة وطول الموجة وسرعتها، وحالة انتشار الموجة، وأنواع الموجات، وتعليم الطلاب كيفية استخدام الصيغ للعثور على طول الموجة وسرعتها؛ دراسة أسباب انتشار الموجات المستعرضة والطولية.مع تطوير موقف ضميري تجاه العمل التعليميالدافع الإيجابي للتعلم، مهارات التواصل; المساهمة في تعليم الإنسانية والانضباط والإدراك الجمالي للعالم.
تعلم مواد جديدة
والآن عليكم استخدام الخطة المعروضة على الشاشة وعلى قطع الورق الموجودة على مكاتبكم وبعد قراءة الفقرتين 42 و 43، ابحث عن معلومات ضروريةواكتبها.
يخطط:
مفهوم الموجة
شروط حدوث الموجة
مصدر الموجة
ما هو المطلوب لحدوث الموجة؟
أنواع الموجات (تعاريف)
موجة – الاهتزازات التي تنتشر في الفضاء مع مرور الوقت. تنشأ الأمواج بشكل رئيسي بسبب القوى المرنة.
مميزات الموجة:
لا يمكن للموجات الميكانيكية أن تنتشر إلا في وسط ما (مادة): في الغاز، في السائل، في المادة الصلبة.
في الفراغ، لا يمكن أن تنشأ موجة ميكانيكية.
مصدر الموجات هي أجسام متذبذبة تحدث تشوهًا بيئيًا في الفضاء المحيط بها. (أرز)
لكي تحدث موجة ميكانيكية من الضروري:
1. وجود وسط مرن
2 . وجود مصدر للتذبذبات - تشوه الوسط
أنواع الموجات:
المستعرض - حيث تحدث الاهتزازات بشكل عمودي على اتجاه حركة الموجة. تحدث فقط في المواد الصلبة.
طولية- تحدث فيها اهتزازات على طول اتجاه انتشار الموجة.تحدث في أي بيئة (السوائل والغازات والمواد الصلبة).
النظر في جدول يلخص المعرفة السابقة. (انظر العرض)
نستنتج: الموجة الميكانيكية:
عملية انتشار الاهتزازات في وسط مرن؛
وفي هذه الحالة يحدث نقل الطاقة من جسيم إلى جسيم؛
لا يوجد نقل للمادة.
لإنشاء موجة ميكانيكية، يلزم وجود وسط مرن: سائل أو صلب أو غاز.
الآن دعونا نفكر ونكتب الخصائص الرئيسية للموجات.
ما هي الكميات التي تميز الموجة
تنتقل كل موجة بسرعة معينة. تحت السرعةالخامستفهم الموجات سرعة انتشار الاضطراب. يتم تحديد سرعة الموجة من خلال خصائص الوسط الذي تنتشر فيه الموجة. عندما تنتقل موجة من وسط إلى آخر، تتغير سرعتها.
الطول الموجي lect هو المسافة التي تنتشر خلالها الموجة في زمن يساوي فترة التذبذب فيها.
الخصائص الرئيسية: φ=الخامس* ت, روس - الطول الموجي م،الخامس- سرعة الانتشار m/s، T - فترة الموجة s.
4. توحيد المعرفة الجديدة.
ما هي الموجة؟
شروط تكوين الموجات؟
ما هي أنواع الموجات التي تعرفها؟
هل يمكن للموجة المستعرضة أن تنتشر في الماء؟
ما هو الطول الموجي؟
ما هي سرعة انتشار الموجة؟
كيفية ربط السرعة والطول الموجي؟
نحن نعتبر نوعين ونحدد أي الموجات هي؟
حل المشاكل:
أوجد الطول الموجي عند تردد 200 هرتز إذا كانت سرعة الموجة 340 م/ث. (68000 م=68 كم)
تنتشر موجة على سطح الماء في بحيرة بسرعة 6 m/s. تطفو ورقة الشجرة على سطح الماء. تحديد تردد وفترة اهتزاز الورقة إذا كان الطول الموجي 3 م (0.5 م، 2 ثانية). -1 )
الطول الموجي 2 م، وسرعة انتشاره 400 م/ث. حدد عدد الاهتزازات الكاملة التي تحدثها هذه الموجة خلال 0.1 ثانية (20)
دعونا نعتبرها مثيرة للاهتمام : الموجات الموجودة على سطح السائل ليست طولية ولا عرضية. إذا رميت كرة صغيرة على سطح الماء، فسترى أنها تتحرك، تتمايل على الأمواج، على طول مسار دائري. وبالتالي، فإن الموجة على سطح السائل هي نتيجة إضافة طولية و الحركة الجانبيةجزيئات الماء.
5. تلخيص الدرس.
لذلك دعونا نلخص.
ما الكلمات التي ستستخدمها لوصف الحالة بعد الدرس؟:
المعرفة هي المعرفة فقط عندما يتم الحصول عليها من خلال جهود أفكار المرء، وليس من خلال الذاكرة؛
آه كم أتعبتني هذه الضجة .....
لقد فهمت نعيم الدراسة والتوفيق والقانون والسر
دراسة موضوع "الموجات الميكانيكية" ليست بالأمر السهل !!!
6 . معلومات عن الواجبات المنزلية.
قم بإعداد إجابات للأسئلة وفقًا للخطة باستخدام §§42-44
من الجيد معرفة الصيغ والتعاريف حول موضوع "الأمواج"
اختياري: قم بإنشاء لغز الكلمات المتقاطعة حول موضوع "الموجات الميكانيكية"
مهام:
لاحظ الصياد أنه خلال 10 ثوان، أحدثت العوامة 20 اهتزازة على الأمواج، وكانت المسافة بين حدبات الأمواج المتجاورة 1.2 m. ما سرعة انتشار الموجة؟(T=n/t; T=10/5=2s; υ=υ*ν; ν=1/T; υ=υ/T; υ=υ*T*υ=1*2=2(m/s) ))
طول الموجة 5 م، وترددها 3 هرتز. تحديد سرعة الموجة. (1.6 م/ث)
استبطان - سبر غور
تم عقد الدرس في الصف الحادي عشر حول موضوع "ظاهرة الموجة. انتشار الموجات الميكانيكية. الطول الموجي. سرعة الموج."هو الدرس الثالث عشر في قسم الفيزياء " الاهتزازات الميكانيكيةوالأمواج." نوع الدرس: تعلم مواد جديدة.
أخذ الدرس في الاعتبار الثلاثي الغرض التعليمي: تربوية، تنموية، تربوية. الغرض التعليميلقد عرّفت الطلاب على أصل مصطلح "الموجة، الطول الموجي، سرعة الموجة"؛ يبين للطلاب ظاهرة انتشار الموجات، ويثبت أيضاً من خلال التجارب وجود نوعين من الموجات: المستعرضة والطولية. كهدف تنموي، أطلب من الطلاب تطوير أفكار واضحة حول ظروف انتشار الموجات؛ تنمية التفكير المنطقي والنظري والخيال والذاكرة عند حل المشكلات وترسيخ المعرفة. لقد حددت الهدف التعليمي: لتشكيل موقف ضميري تجاه العمل التعليمي، والدافع الإيجابي للتعلم، ومهارات الاتصال؛ المساهمة في تعليم الإنسانية والانضباط والإدراك الجمالي للعالم.
مررنا خلال الدرس بالمراحل التالية:
المرحلة التنظيمية
التحفيز وتحديد الأهداف والغايات للدرس. على في هذه المرحلةبناءً على مقطع الفيديو الذي شاهدناه، حددنا أهداف الدرس وغاياته وقدمنا التحفيز. استخدام: الطريقة اللفظيةعلى شكل محادثة، الطريقة البصريةعلى شكل مشاهدة مقطع فيديو.
تعلم مواد جديدة
في هذه المرحلة، قمت بتوفير اتصال منطقي عند شرح المواد الجديدة: الاتساق، وسهولة الوصول، وسهولة الفهم. وكانت الطرق الرئيسية للدرس هي: اللفظي (المحادثة)، البصري (العروض التوضيحية، النمذجة الحاسوبية). شكل العمل : فردي .
توحيد المواد الجديدة
عند تعزيز معرفة الطلاب، استخدمت المهام التفاعلية من دليل الوسائط المتعددة في قسم "الموجات الميكانيكية"، وحل المشكلات على السبورة مع الشروحات. كانت طرق الدرس الرئيسية هي: العملي (حل المشكلات)، اللفظي (مناقشة القضايا)
تلخيص.
في هذه المرحلة استخدمت الأسلوب اللفظي في شكل محادثة، أجاب الرجال على الأسئلة المطروحة.
تم تنفيذ الانعكاس. اكتشفنا ما إذا كانت الأهداف المحددة في بداية الدرس قد تحققت، وهو ما كان صعباً عليهم هذا الدرس. تم منح اثنين من الطلاب درجات للمسائل وتم منح العديد من الطلاب درجات للإجابات.
معلومات عن الواجبات المنزلية.
في هذه المرحلة، طُلب من الطلاب كتابة واجباتهم المنزلية في شكل إجابة لسؤال وفقًا للخطة ومسألتين على قطعة من الورق. وقم بشكل اختياري بإنشاء لغز الكلمات المتقاطعة.
أعتقد أن الهدف التعليمي الثلاثي للدرس قد تم تحقيقه.
24-25. الظواهر الموجية. انتشار الموجات الميكانيكية. الطول الموجي. سرعة انتشار الموجة. حل المشاكل.
مدرس الفيزياء
مدرسة Razdolnenskaya الثانوية للمستويات І - ІІІ
إدارة التعليم في إدارة منطقة Starobeshevsky
ننتقل إلى دراسة القضايا المتعلقة بالأمواج. دعونا نتحدث عن ماهية الموجة وكيف تظهر وكيف تتميز. اتضح، بالإضافة إلى فقط عملية تذبذبيةوفي منطقة ضيقة من الفضاء، من الممكن أيضًا أن تنتشر هذه الاهتزازات في الوسط؛ وهذا الانتشار بالتحديد هو حركة الموجة؛
دعنا ننتقل لمناقشة هذا التوزيع. لمناقشة إمكانية وجود تذبذبات في وسط ما، يجب أن نحدد ما هو الوسط الكثيف. الوسط الكثيف هو الوسط الذي يتكون من عدد كبيرالجسيمات التي يكون تفاعلها قريبًا جدًا من المرونة. دعونا نتخيل التجربة الفكرية التالية.
أرز. 1. تجربة فكرية
دعونا نضع الكرة في وسط مرن. سوف تنكمش الكرة، ويقل حجمها، ثم تتوسع مثل نبضات القلب. ماذا سيتم ملاحظته في هذه الحالة؟ في هذه الحالة فإن الجزيئات المجاورة لهذه الكرة سوف تكرر حركتها، أي. الابتعاد، الاقتراب - وبالتالي سوف يتأرجحون. وبما أن هذه الجسيمات تتفاعل مع جزيئات أخرى أبعد عن الكرة، فإنها سوف تهتز أيضًا، ولكن مع بعض التأخير. تهتز الجسيمات التي تقترب من هذه الكرة. سيتم نقلها إلى جزيئات أخرى أبعد. وهكذا ينتشر الاهتزاز في كل الاتجاهات. يرجى ملاحظة أنه في هذه الحالة سوف تنتشر حالة الاهتزاز. نحن نسمي هذا الانتشار لحالة التذبذب موجة. يمكن أن يقال ذلك
تسمى عملية انتشار الاهتزازات في وسط مرن بمرور الوقت بالموجة الميكانيكية.
يرجى ملاحظة: عندما نتحدث عن عملية حدوث مثل هذه التذبذبات، يجب أن نقول أنها ممكنة فقط إذا كان هناك تفاعل بين الجزيئات. بمعنى آخر، لا يمكن للموجة أن توجد إلا عندما تكون هناك قوة خارجية مزعجة وقوى تقاوم عمل قوة الاضطراب. في هذه الحالة، هذه هي القوى المرنة.
يمكن أن تنتشر الموجات الميكانيكية في وسط مرن .
المرونة هي الوسيلة التي تتكون من كمية كبيرةتتفاعل الجزيئات مع بعضها البعض من خلال القوى المرنة.
وستكون عملية الانتشار في هذه الحالة مرتبطة بكثافة وقوة التفاعل بين جزيئات وسط معين.
دعونا نلاحظ شيئا آخر.
الموجة لا تنقل المادة . ففي النهاية، تتأرجح الجسيمات بالقرب من موضع التوازن. لكن في الوقت نفسه، تنقل الموجة الطاقة. ويمكن توضيح هذه الحقيقة من خلال موجات التسونامي. المادة لا تحملها الموجة، لكن الموجة تحمل طاقة تؤدي إلى كوارث عظيمة.
دعونا نتحدث عن أنواع الموجات. هناك نوعان - الموجات الطولية والعرضية. ماذا حدث موجات طولية؟ يمكن أن توجد هذه الموجات في جميع الوسائط. ومثال الكرة النابضة داخل وسط كثيف هو بالتحديد مثال على تكوين موجة طولية. مثل هذه الموجة هي انتشار في الفضاء مع مرور الوقت. هذا التناوب بين الضغط والتخلخل هو موجة طولية. أكرر مرة أخرى أن مثل هذه الموجة يمكن أن توجد في جميع الوسائط - السائلة والصلبة والغازية.
الموجة الطولية هي موجة يؤدي انتشارها إلى تذبذب جزيئات الوسط في اتجاه انتشار الموجة.
ر 
يكون. 2. الموجة الطولية
أما بالنسبة للموجة المستعرضة إذن موجة عرضيةيمكن أن توجد فقط في المواد الصلبة وعلى سطح السوائل.
الموجة المستعرضة هي موجة يؤدي انتشارها إلى اهتزاز جزيئات الوسط بشكل عمودي على اتجاه انتشار الموجة.
أرز. 3. الموجة المستعرضة
وتختلف سرعة انتشار الموجات الطولية والعرضية، ولكن هذا هو موضوع الدروس التالية.
الشكل "الموجات الطولية والعرضية"
الطول الموجي. سرعة الموجة
الدرس مخصص لموضوع "خصائص الحركة الموجية". وبادئ ذي بدء، دعونا نتذكر ذلك موجة ميكانيكيةهو اهتزاز ينتشر مع مرور الوقت في وسط مرن. نظرًا لأنها تذبذب، فإن الموجة سيكون لها جميع الخصائص التي تتوافق مع التذبذب: السعة، وفترة التذبذب، والتردد. وبالإضافة إلى ذلك، فإن الموجة لها خصائصها الخاصة. واحدة من هذه الخصائص هي الطول الموجي. يُشار إلى الطول الموجي بالحرف اليوناني l (lambda، أو يُقال "lambda") ويُقاس بالأمتار.
أ – السعة [م]
T – الفترة [ق]
ν – التردد [هرتز]
ل – الطول الموجي [م]
ما هو الطول الموجي؟
الطول الموجي هو أقصر مسافة بين الجسيمات التي تهتز بنفس الطور.
أرز. 1. الطول الموجي، سعة الموجة
من الصعب التحدث عن الطول الموجي في الموجة الطولية، لأنه من الصعب جدًا ملاحظة الجزيئات التي تؤدي نفس الاهتزازات. ولكن هناك أيضًا خاصية - الطول الموجي، الذي يحدد المسافة بين جزيئين يؤديان نفس الاهتزاز، والاهتزاز بنفس المرحلة.
السمة التالية هي سرعة انتشار الموجة (أو ببساطة سرعة الموجة). سرعة الموجةيُشار إليها، مثل أي سرعة أخرى، بالحرف V وتُقاس بوحدة م/ث. كيف تشرح بوضوح ما هي سرعة الموجة؟ أسهل طريقة للقيام بذلك هي استخدام موجة عرضية كمثال. تخيل طائر النورس يحلق فوق قمة موجة. سرعة طيرانه فوق القمة ستكون سرعة الموجة نفسها.
أرز. 2. لتحديد سرعة الموجة
سرعة الموجةيعتمد على كثافة الوسط وقوى التفاعل بين جزيئات هذا الوسط. دعونا نكتب العلاقة بين سرعة الموجة وطول الموجة وفترة الموجة: . صيغة "الطول الموجي"
يمكن تعريف السرعة على أنها نسبة الطول الموجي، أي المسافة التي تقطعها الموجة في فترة واحدة، إلى فترة تذبذب جزيئات الوسط الذي تنتشر فيه الموجة. بالإضافة إلى ذلك، تذكر ذلك. ثم لدينا علاقة أخرى لسرعة الموجة: الخامس = lν.
ومن المهم أن نلاحظ ذلك
عندما تنتقل موجة من وسط إلى آخر، تتغير خصائصها: سرعة الموجات، طول الموجة. و هنا يبقى تردد التذبذب كما هو.
الأمواج في الطبيعة والتكنولوجيا
قبل أن نبدأ في حل المشاكل، دعونا نجيب على الأسئلة:
1. ما هي الخاصية الأساسية لجميع الموجات، بغض النظر عن طبيعتها؟
2. لماذا لا توجد موجات مستعرضة في الغازات والسوائل؟
3. أي نوع من الجسم يمكن أن يخلق فيه بيئةموجة صوتية؟
حل المشكلات باستخدام المواد المذكورة أعلاه:
عند حل المسائل تؤخذ في الاعتبار سرعة الصوت في الهواء وتساوي 330 م/ث.
1. في المحيطات يصل الطول الموجي إلى 300 م ودورته 13.5 ثانية. تحديد سرعة انتشار هذه الموجة.
2. تحديد الطول الموجي للصوت عند تردد 200 هرتز.
3. سمع المراقب صوت طلقة مدفعية بعد 6 ثوان من رؤيته للفلاش. وكم كانت المسافة بينه وبين البندقية؟
4. الطول موجات صوتيةالمنبعثة من الكمان. يمكن أن يختلف من 23 ملم إلى 1.3 متر. ما هو نطاق تردد الكمان؟
5. المسافة إلى العائق الذي يعكس الصوت 66 م. ما الوقت الذي يستغرقه الإنسان لسماع الصدى؟
يمكنك اقتراح عدد من المشاكل الأخرى وحلها باستخدام التابلت، على سبيل المثال رقم R 439-444.
العمل في المنزل: الفقرات 42-44، التمرين 6، الصفحة 129.
ما يسمى موجة؟ لماذا تحدث الموجات؟
تتفاعل الجزيئات الفردية لأي جسم - صلبة أو سائلة أو غازية - مع بعضها البعض. لذلك، إذا حدث تشوه في أي جزء من الوسط المرن، فبعد توقف التأثيرات الخارجية لن يبقى في مكانه، بل سيبدأ بالانتشار في الوسط في جميع الاتجاهات.
يسمى التغيير في حالة الوسط الذي ينتشر عبر الفضاء مع مرور الوقت بالموجة.
في الهواء وفي المواد الصلبة وفي داخل السوائل تنشأ موجات ميكانيكية نتيجة للقوى المرنة ( موجات مرنة). تتواصل هذه القوى بين الأجزاء الفردية من الجسم. تلعب الجاذبية والتوتر السطحي (الموجات السطحية) دورًا في تكوين الأمواج على سطح الماء.
موجة دافعة وموجات توافقية
يمكن أن يكون لها موجات هيئة مختلفة. موجة الاندفاع (أو موجة واحدة) هي اضطراب قصير نسبيا (انفجار) شكل حر. يحدث مثل هذا الدافع، على سبيل المثال، في سلك مطاطي مربوط بالحائط، إذا لوحت بيدك مرة واحدة، ممسكًا
الملفوف المقابل للطرف الممتد | حبل محبوك (الشكل 4.2). | إذا تسبب اضطراب في البيئة - | شيا الدورية قوة خارجية، تتغير بمرور الوقت وفق قانون توافقي، ثم تسمى الموجات التي تسببها توافقيًا. في هذه الحالة، عند كل نقطة من الوسط، تحدث تذبذبات توافقية بتردد تأثير خارجي. سننظر في المقام الأول إلى الموجات التوافقية أو الموجات القريبة من التوافقية. هذا هو أبسط نوع من الحركة الموجية. تعتبر دراسة الموجات التوافقية ذات أهمية قصوى عند بناء نظرية أي حركة موجية.
السمة الرئيسية للحركة الموجية
ويمكن الحصول على تمثيل مرئي للسمات الرئيسية للحركة الموجية من خلال النظر في الموجات الموجودة على سطح الماء. تبدو الموجات وكأنها أعمدة مستديرة تسير للأمام (الشكل 4.3). المسافات بين الأعمدة أو التلال هي نفسها تقريبًا. ومع ذلك، إذا رميت المياه الخفيفةالموضوع مثلا علبة الثقاب، فلن يتم نقلها للأمام بواسطة الموجة، ولكنها ستبدأ في التأرجح لأعلى ولأسفل، وتبقى في مكان واحد تقريبًا.
مع انتشار الموجة، يتحرك الشكل (يتحرك دولة معينةوسط مهتز)، ولكن ليس نقل المادة التي تنتشر فيها الموجة. اضطرابات المياه التي تنشأ في مكان واحد، على سبيل المثال من رمي حجر، تنتقل إلى المناطق المجاورة وتنتشر تدريجيا في جميع الاتجاهات. لا يوجد تدفق للمياه: فقط شكل سطحه يتحرك.
سرعة الموجة
أهم ما يميز الموجة هو سرعة انتشارها. لا تنتشر الموجات من أي نوع عبر الفضاء على الفور. سرعتهم محدودة. يمكن للمرء أن يتخيل، على سبيل المثال، أن طائر النورس يطير فوق البحر بطريقة تنتهي دائمًا فوق قمة الموجة نفسها. سرعة الموجة في هذه الحالة ستكون مساوية لسرعة النورس. تعتبر الموجات الموجودة على سطح الماء ملائمة للمراقبة لأن سرعة انتشارها منخفضة.
الموجات المستعرضة والطولية
ليس من الصعب على TE.KZh6 ملاحظة انتشار الموجات على طول سلك مطاطي. إذا كان أحد طرفي السلك مثبتًا، ثم اسحب السلك قليلًا بيدك، أدخل طرفه الآخر بداخله حركة متذبذبة، ثم سيتم تشغيل موجة على طول الحبل (الشكل 4.4). كلما تم سحب الحبل بشكل أسرع، زادت سرعة الموجة. ستصل الموجة إلى نقطة التثبيت، وتنعكس وتعود للخلف. هنا، مع انتشار الموجة، تحدث تغييرات في شكل الحبل. يتأرجح كل قسم من الحبل نسبةً إلى موضع توازنه الثابت. يرجى ملاحظة أنه عندما تنتشر موجة على طول الحبل، فإن أقسامها الفردية تتأرجح في اتجاه عمودي على اتجاه الانتشار.
6 - 5654
أرز. 4.4
اتجاه الاهتزاز
انتشار الموجات
اتجاه
أرز. 4.5 موجات (الشكل 4.5). وتسمى هذه الموجات عرضية.
لكن ليست كل موجة عرضية. يمكن أن تحدث التذبذبات أيضًا على طول اتجاه انتشار الموجة (الشكل 4.6). ثم تسمى الموجة طولية. من الملائم مراقبة الموجة الطولية باستخدام زنبرك ناعم طويل بقطر كبير. من خلال ضرب أحد أطراف الزنبرك بكفك (الشكل 4.7، أ)، يمكنك أن ترى كيف يعمل الضغط (النبض المرن) على طول الزنبرك. باستخدام سلسلة من الضربات المتعاقبة، من الممكن إثارة موجة في الربيع، والتي تمثل ضغطًا متتابعًا وتمديدًا للزنبرك، يعمل واحدًا تلو الآخر (الشكل 4.7،6). تحدث تذبذبات أي ملف زنبركي في اتجاه انتشار الموجة.
من الموجات الميكانيكية أعلى قيمةبها موجات صوتية. ومع ذلك، فإن دراسة الموجات الصوتية أكثر مهمة صعبةمن دراسة الوصايا على طول الحبل أو الربيع. وسوف نتعامل معهم بالتفصيل لاحقا.
طاقة الأمواج
عندما تنتشر الموجة، تنتقل الحركة من جزء من الجسم إلى جزء آخر. يرتبط نقل الحركة بواسطة الموجة بنقل الطاقة دون نقل المادة. تأتي الطاقة من مصدر يثير اهتزازات في بداية الحبل أو الخيط وما إلى ذلك، وتنتشر مع الموجة. هذه الطاقة، على سبيل المثال، في الحبل تتكون من اتجاه حركي
اتجاه تذبذبات انتشار الموجة
أرز. 4.7
com.dshshshshr
ب) طاقة حركة أجزاء الحبل والطاقة الكامنة لتشوهه المرن.
تزداد طاقة الموجة الناتجة عن إلقاء حجر في الماء الطاقة الحركيةتطفو على سطح الماء، ويمكن أن تزيد و الطاقة الكامنةرقائق تطفو على الشاطئ.
مع انتشار الموجة، يحدث انخفاض تدريجي في سعة التذبذبات بسبب تحول الجزء الطاقة الميكانيكيةإلى الداخل. إذا كان من الممكن إهمال هذه الخسائر، فمن خلال المقطع العرضيعلى سبيل المثال سلك، فإن نفس الكمية من الطاقة الميكانيكية سوف تمر لكل وحدة زمنية.
موجات كهرومغناطيسية
تنتشر الموجات الميكانيكية في المادة: غازية أو سائلة أو صلبة. ومع ذلك، هناك نوع آخر من الموجات لا يتطلب انتشاره أي مادة. هذا موجات كهرومغناطيسيةوالتي تشمل على وجه الخصوص موجات الراديو والضوء. يمكن أن يوجد المجال الكهرومغناطيسي في الفراغ (في الفراغ)، أي في الفضاء الذي لا يحتوي على ذرات. وعلى الرغم من الطبيعة غير العادية لهذه الموجات، واختلافها الحاد عن الموجات الميكانيكية، إلا أن الموجات الكهرومغناطيسية تتصرف بشكل مشابه للموجات الميكانيكية أثناء انتشارها. وعلى وجه الخصوص، تنتقل الموجات الكهرومغناطيسية أيضًا بسرعة محدودة وتحمل معها الطاقة. هذا أهم الخصائصجميع أنواع الموجات.
هذه الظواهر متأصلة في موجات من أي طبيعة. علاوة على ذلك، فإن ظواهر التداخل والحيود والاستقطاب هي سمة من سمات العمليات الموجية فقط ولا يمكن تفسيرها إلا على أساس نظرية الموجة.
الانعكاس والانكسار.يتم وصف انتشار الموجة هندسيًا باستخدام الأشعة. في بيئة متجانسة ( ن= const) الأشعة مستقيمة الخط. ومع ذلك، عند الواجهة بين الوسائط، تتغير اتجاهاتها. وفي هذه الحالة تتشكل موجتان: منعكسة، تنتشر في الوسط الأول بنفس السرعة، ومنكسرة، تنتشر في الوسط الثاني بسرعة مختلفة، حسب خصائص هذا الوسط. وتعرف ظاهرة الانعكاس لكل من الموجات الصوتية (الصدى) والضوء. وبسبب انعكاس الضوء تتشكل صورة افتراضية في المرآة. يكمن انكسار الضوء في العديد من الظواهر الجوية المثيرة للاهتمام. يستخدم على نطاق واسع في الأجهزة البصرية المختلفة: العدسات، المنشور، الألياف البصرية. هذه الأجهزة هي عناصر من الأجهزة نفسها لأغراض مختلفة: الكاميرات، المجاهر والتلسكوبات، المناظير، أجهزة العرض، الأنظمة البصريةالاتصالات، الخ.
التشوشالموجات - ظاهرة إعادة توزيع الطاقة عندما يتم فرض موجتين (أو عدة) متماسكة (متطابقة) مصحوبة بظهور نمط تداخل من الحد الأقصى والحد الأدنى المتناوب لشدة (سعة) الموجة الناتجة. تسمى الموجات التي يظل فيها فرق الطور عند نقطة الإضافة ثابتًا مع الزمن، ولكن يمكن أن يختلف من نقطة إلى أخرى وفي الفضاء، متماسكة. إذا التقت الموجات "في الطور" أي. يصلان في نفس الوقت إلى الحد الأقصى للانحراف في اتجاه واحد، ثم يعززان بعضهما البعض، وإذا التقيا "في الطور المضاد"، أي. في نفس الوقت تصل إلى انحرافات معاكسة، فإنها تضعف بعضها البعض. إن تنسيق تذبذبات موجتين (تماسك) موجتين في حالة الضوء أمر ممكن فقط إذا كان لديهما الأصل المشترك، والذي يرجع إلى خصوصيات العمليات الإشعاعية. الاستثناء هو أشعة الليزر التي يتميز إشعاعها بالتماسك العالي. ولذلك، لملاحظة التداخل، ينقسم الضوء القادم من مصدر واحد إلى مجموعتين من الموجات، إما عن طريق المرور عبر فتحتين (شقين) في شاشة معتمة، أو عن طريق الانعكاس والانكسار عند واجهة الوسائط في الأغشية الرقيقة. نمط التداخل من مصدر أحادي اللون ( lect=const) على الشاشة للأشعة التي تمر عبر شقين ضيقين ومتقاربين، تبدو وكأنها خطوط مشرقة ومظلمة متناوبة (تجربة يونج، 1801). خطوط ساطعة - يتم ملاحظة الحد الأقصى للكثافة عند نقاط الشاشة التي تلتقي عندها الموجات من الشقين "في الطور"، أي فرق الطور بينهما
, م =0،1،2،…،(3.10)
وهذا يتوافق مع اختلاف مسار الأشعة، وهو مضاعف لعدد صحيح من الأطوال الموجية λ
, م =0،1،2،…،(3.11)
الخطوط الداكنة (الإلغاءات المتبادلة)، أي. تحدث الحد الأدنى من الشدة عند تلك النقاط من الشاشة التي تلتقي عندها الموجات "في الطور المضاد"، أي أن فرق الطور بينهما هو
, م =0،1،2،…،(3.12)
وهذا يتوافق مع الاختلاف في مسار الأشعة، وهو مضاعف لعدد فردي من أنصاف الموجات
, م = 0،1،2،….(3.13)
ويلاحظ التدخل لموجات مختلفة. تداخل الضوء الأبيض، والذي يشمل جميع موجات الضوء المرئي في نطاق الطول الموجي 
يمكن أن تظهر الميكرونات على شكل أغشية رقيقة من البنزين بلون قوس قزح على سطح الماء، وفقاعات صابون، وأغشية أكسيد على سطح المعادن. التدخل في أقصى الظروف نقاط مختلفةيتم عمل أفلام لموجات مختلفة ذات أطوال موجية مختلفة مما يؤدي إلى تضخيم الموجات لون مختلف. يتم تحديد ظروف التداخل من خلال الطول الموجي، والذي يمثل بالنسبة للضوء المرئي جزءًا من الميكرون (1 ميكرومتر = 10 -6 م)، وبالتالي فإن هذه الظاهرة تكمن وراء طرق الدقة المختلفة ("فائقة الدقة") للبحث والتحكم والقياس. يعتمد استخدام التداخل على استخدام مقاييس التداخل، وأطياف التداخل، بالإضافة إلى طريقة التصوير المجسم. يستخدم التداخل الضوئي لقياس الطول الموجي للإشعاع، البحث هيكل غرامةالخطوط الطيفية، تحديد الكثافات، معاملات انكسار المواد، سمك الطبقات الرقيقة.
الانحراف- مجموعة من الظواهر التي تنشأ عندما تنتشر الموجة في وسط ذو خصائص غير متجانسة بشكل واضح. ويتم ملاحظة ذلك عندما تمر الموجات عبر ثقب في الشاشة، بالقرب من حدود الأجسام المعتمة، وما إلى ذلك. ينتج عن الحيود انحناء موجة حول عائق تتناسب أبعاده مع طول الموجة. إذا كان حجم العائق أكبر بكثير من الطول الموجي، فإن الحيود يكون ضعيفًا. ويلاحظ على العوائق العيانية حيود الصوت والموجات الزلزالية وموجات الراديو التي يبلغ طولها 1 سم كم. لمراقبة حيود الضوء، يجب أن تكون العوائق أصغر حجمًا بكثير. يفسر حيود الموجات الصوتية القدرة على سماع صوت شخص يقع بالقرب من زاوية المنزل. يفسر حيود موجات الراديو حول سطح الأرض استقبال إشارات الراديو في نطاق موجات الراديو الطويلة والمتوسطة بعيدًا عن خط رؤية الهوائي الباعث.
يصاحب حيود الموجات تداخلها، مما يؤدي إلى تكوين نمط حيود، يتناوب بين الحد الأقصى والحد الأدنى من الشدة. عندما يمر الضوء عبر محزوز الحيود، وهو عبارة عن مجموعة من الخطوط الشفافة والمعتمة المتوازية المتناوبة (تصل إلى 1000 لكل 1 مم)، يظهر نمط حيود على الشاشة، ويعتمد موضع الحد الأقصى له على الطول الموجي للإشعاع . وهذا يسمح باستخدام صريف الحيود للتحليل التركيب الطيفيإشعاع. بناء مادة بلوريةتشبه ثلاثية الأبعاد صريف الحيود. مراقبة نمط الحيود أثناء المرور الأشعة السينية، شعاع من الإلكترونات أو الخلايا العصبية، من خلال بلورات يتم فيها ترتيب جزيئات المادة (الذرات والأيونات والجزيئات) بطريقة منظمة، يسمح للمرء بدراسة ميزات بنيتها. القيمة المميزة للمسافات بين الذرية هي d~10 -10 m، وهو ما يتوافق مع الأطوال الموجية للإشعاع المستخدم ويجعلها لا غنى عنها للتحليل البلوري.
يحدد حيود الضوء حدود دقة الأجهزة البصرية (التلسكوبات والمجاهر وما إلى ذلك). الدقة - تم حل الحد الأدنى للمسافة بين كائنين يمكن رؤيتهما بشكل منفصل ولا يتم دمجهما. بسبب الحيود، تظهر صورة المصدر النقطي (على سبيل المثال، نجم في التلسكوب) كدائرة، بحيث لا يتم حل الأجسام القريبة. يعتمد القرار على عدد من العوامل، بما في ذلك الطول الموجي: كلما كان الطول الموجي أقصر، كلما كان طول الموجة أقصر دقة أفضل. ولذلك، فإن حجم الجسم الذي يتم ملاحظته في المجهر الضوئي يقتصر على الطول الموجي للضوء (حوالي 0.5 ميكرومتر).
إن ظاهرة تداخل وحيود الضوء تكمن وراء مبدأ تسجيل وإعادة إنتاج الصور في صورة ثلاثية الأبعاد. تسجل الطريقة التي اقترحها د. غابور (1900 - 1979) في عام 1948 نمط التداخل الناتج عن إضاءة جسم ولوحة فوتوغرافية بأشعة متماسكة. يتكون الهولوغرام الناتج من بقع فاتحة وداكنة متناوبة ليس لها أي تشابه مع الجسم، ومع ذلك، فإن الحيود عن الصورة الثلاثية الأبعاد لموجات الضوء المطابقة لتلك المستخدمة في تسجيلها يجعل من الممكن إعادة بناء الموجة المنتشرة بواسطة الجسم الحقيقي والحصول على صورها الثلاثة؛ - صورة الأبعاد.
الاستقطاب- ظاهرة خاصة بـ موجات عرضية. يتم التعبير عن الطبيعة المستعرضة لموجات الضوء (وكذلك أي موجات كهرومغناطيسية أخرى) في حقيقة أن نواقل قوة المجال الكهربائية () والحث المغناطيسي () التي تتأرجح فيها تكون متعامدة مع اتجاه انتشار الموجة. بالإضافة إلى ذلك، هذه المتجهات متعامدة بشكل متبادل، لذلك وصف كاملوتتطلب حالة استقطاب الضوء معرفة سلوك واحد منهم فقط. يتم تحديد تأثير الضوء على أجهزة التسجيل بواسطة ناقل الجهد الحقل الكهربائيوهو ما يسمى ناقل الضوء.
موجات الضوء، المنبعثة مصدر طبيعيالإشعاع أي العديد من الذرات المستقلة غير مستقطبة، وذلك لأن سوف يتغير اتجاه تذبذبات ناقل الضوء () في الشعاع الطبيعي بشكل مستمر وعشوائي، ويبقى عمودي على المتجهسرعة الموجة.
يسمى الضوء الذي يظل فيه اتجاه ناقل الضوء دون تغيير مستقطبًا خطيًا. الاستقطاب هو ترتيب ذبذبات المتجهات. مثال على ذلك هو الموجة التوافقية. لاستقطاب الضوء، يتم استخدام أجهزة تسمى المستقطبات، ويعتمد عملها على خصائص عمليات انعكاس وانكسار الضوء، وكذلك على تباين الخواص. الخواص البصريةالمواد في الحالة البلورية. يتأرجح ناقل الضوء في الحزمة التي تمر عبر المستقطب في مستوى يسمى مستوى المستقطب. عندما يمر الضوء المستقطب عبر المستقطب الثاني، يتبين أن شدة الشعاع المرسل تتغير مع دوران المستقطب. يمر الضوء عبر الجهاز دون امتصاص إذا كان استقطابه مطابقا لمستوى المستقطب الثاني ويتأخر به تماما عند دوران البلورة 90 درجة، عندما يكون مستوى تذبذب الضوء المستقطب عموديا على مستوى المستقطب الثاني .
لقد وجد استقطاب الضوء تطبيقًا واسعًا في مختلف الصناعات بحث علميوالتكنولوجيا. يتم استخدامه في الدراسات المجهرية، وفي عمليات تسجيل الصوت، والموقع البصري، والتصوير والتصوير عالي السرعة، وفي الصناعات الغذائية(قياس السكر) ، إلخ.
تشتت- اعتماد سرعة انتشار الموجات على ترددها (الطول الموجي). عندما تنتشر الموجات الكهرومغناطيسية في وسط ما:
يتم تحديد التباين الخصائص الفيزيائيةالوسط الذي تنتشر فيه الموجات. على سبيل المثال، في الفراغ، تنتشر الموجات الكهرومغناطيسية دون تشتت، ولكن في وسط مادي، حتى في بيئة نادرة مثل الغلاف الأيوني للأرض، يحدث التشتت. الصوت و الموجات فوق الصوتيةتظهر أيضا التشتت. عندما تنتشر في وسط، تنتشر الموجات التوافقية ذات الترددات المختلفة التي يمكن أن تتحلل فيها الإشارة بسرعات مختلفةمما يؤدي إلى تشويه شكل الإشارة. تشتت الضوء هو اعتماد معامل انكسار المادة على تردد (الطول الموجي) للضوء. عندما تتغير سرعة الضوء تبعا للتردد (الطول الموجي)، يتغير معامل الانكسار. بسبب التشتت الضوء الابيض، تتكون من موجات عديدة ذات ترددات مختلفة، عند المرور عبر منشور مثلثي شفاف، تتحلل ويتشكل طيف مستمر (مستمر). قادت دراسة هذا الطيف نيوتن (1672) إلى اكتشاف تشتت الضوء. بالنسبة للمواد الشفافة في منطقة معينة من الطيف، يزداد معامل الانكسار مع زيادة التردد (تناقص الطول الموجي)، وهو ما يتوافق مع توزيع الألوان في الطيف. أعلى معامل انكسار للضوء البنفسجي (= 0.38 ميكرومتر)، وأدنى معامل انكسار للضوء الأحمر (= 0.76 ميكرومتر). ظاهرة مماثلةلوحظ في الطبيعة أثناء التوزيع ضوء الشمسفي الغلاف الجوي وانكساره في جزيئات الماء (الصيف) والجليد (الشتاء). وهذا يخلق قوس قزح أو هالة شمسية.
تأثير دوبلر.تأثير دوبلر هو تغير في تردد أو طول الموجات التي يدركها الراصد (المستقبل) بسبب حركة مصدر الموجة والراصد بالنسبة لبعضهما البعض. سرعة الموجة شيتم تحديده بواسطة خصائص الوسط ولا يتغير عندما يتحرك المصدر أو المراقب. إذا تحرك الراصد أو مصدر الموجات بسرعة بالنسبة للوسط، فإن التردد الخامستختلف الموجات المستلمة. في الوقت نفسه، كما أثبت ك. دوبلر (1803 – 1853)، أنه عندما يقترب الراصد من المصدر، يزداد تردد الموجات، وعندما يبتعد عنها، ينخفض. وهذا يتوافق مع انخفاض في الطول الموجي λ عندما يقترب المصدر والراصد ويزدادان λ عندما يتم إزالتها من بعضها البعض. بالنسبة للموجات الصوتية، يتجلى تأثير دوبلر في زيادة طبقة الصوت عندما يقترب مصدر الصوت والراصد (في 1 ثانيةيدرك المراقب عدد أكبرالموجات)، وبالتالي انخفاض في نبرة الصوت عندما تبتعد. ويسبب تأثير دوبلر أيضًا "التحول الأحمر" الموضح أعلاه. - تخفيض التردد الاشعاع الكهرومغناطيسيمن مصدر متحرك يرجع هذا الاسم إلى حقيقة أنه في الجزء المرئي من الطيف، نتيجة لتأثير دوبلر، يتم إزاحة الخطوط نحو النهاية الحمراء؛ ويُلاحظ "التحول الأحمر" أيضًا في إرسالات أي ترددات أخرى، على سبيل المثال في نطاق الراديو. ويسمى التأثير المعاكس، المرتبط بالترددات الأعلى، بالتحول الأزرق (أو البنفسجي). في الفيزياء الفلكية، يتم النظر في اثنين من "الانزياحات الحمراء" - الكونية والجاذبية. يُطلق على الكوني (المجرات الفوقية) اسم "التحول الأحمر" الذي يتم ملاحظته لجميع المصادر البعيدة (المجرات والكوازارات) - وهو انخفاض في ترددات الإشعاع، مما يشير إلى مسافة هذه المصادر عن بعضها البعض، وعلى وجه الخصوص، من مجرتنا، أي عدم الاستقرار (التوسع) ) المجرات الفوقية. تم اكتشاف "التحول الأحمر" للمجرات من قبل عالم الفلك الأمريكي دبليو سليفر في 1912-1914؛ في عام 1929، اكتشف إي. هابل أنه بالنسبة للمجرات البعيدة يكون أكبر منه في المجرات القريبة، ويزداد تقريبًا بما يتناسب مع المسافة. هذا جعل من الممكن تحديد قانون المسافة المتبادلة (التشتت) للمجرات. قانون هابل في هذه الحالة مكتوب في الشكل
ش = ساعة; (3.14)
(شهي السرعة التي تتحرك بها المجرة بعيدا، ص- المسافة إليها، ن -ثابت هابل). ومن خلال تحديد السرعة التي تتحرك بها المجرة بعيدًا عن انزياحها نحو الأحمر، يمكن حساب المسافة إليها. لتحديد المسافات إلى الأجسام خارج المجرة باستخدام هذه الصيغة، عليك معرفة القيمة العددية لثابت هابل ن.إن معرفة هذا الثابت مهمة جدًا أيضًا لعلم الكونيات: فهو يرتبط بتحديد "عمر" الكون. وفي أوائل سبعينيات القرن العشرين، تم اعتماد قيمة ثابت هابل ن =(3 - 5)*10 -18ث -1 , متبادل تي = 1/ح = 18 مليار سنة. "الانزياح نحو الأحمر" في الجاذبية هو نتيجة لتباطؤ في معدل الزمن وينتج عن مجال الجاذبية (تأثير النظرية العامةالنسبية). وتسمى هذه الظاهرة أيضًا تأثير أينشتاين أو تأثير دوبلر المعمم. وقد تمت ملاحظته منذ عام 1919، أولاً في إشعاع الشمس، ثم من بعض النجوم الأخرى. في بعض الحالات (على سبيل المثال، متى انهيار الجاذبية) ينبغي ملاحظة "التحول الأحمر" لكلا النوعين.
ملاحظات على الحجارة. ليف شلوسبيرج. ملاحظات على الحجارة الأعمال الرئيسية لفسيفولود بتروفيتش سميرنوف
متى تم الإعلان عن مناورة القوقاز الروسية؟
أحداث الحرب الروسية اليابانية في الفترة الأولى