ما هي أقصر مسافة بين قمتين أو قاعين متتاليين؟ يُعتبر هذا السؤال شائعًا في اختبارات الثانوية العامة لطلاب القسم العلمي في مادة الفيزياء.
في هذا المقال، سنقوم بالرد على هذا السؤال وسنستعرض بعض المعلومات الأساسية المتعلقة بهذا الموضوع.
أقصر مسافة بين قمتين متتاليتين أو قاعين متتاليين
تُعرف أقصر مسافة بين قمتين متتاليتين أو قاعين متتاليين باسم الطول الموجي، وهو المفهوم الذي سنتناول شرحه في السطور التالية.
ما هي الموجة؟
الموجة تُعتبر مصطلحًا مجرّدًا، ولكن يمكن إجراء تجربة بسيطة وآمنة لتعريف الموجة بشكل حقيقي، وطريقة تكوينها، وخصائصها.
عند إلقاء حصاة في بركة ماء، سنلاحظ بوضوح كيف تتحرك المياه جراء هذا السقوط، ويمتاز هذا التحرك بأنه حركة موجية.
المياه ترتفع وتنزل، إضافة إلى تحركها يمينًا ويسارًا بشكل طفيف، وتكرار هذه الحركات يُنتج أمواجًا متعددة.
لتوضيح هذه الحركة بشكل أكبر، يمكن استعمال كرة خفيفة مجوفة لتطفو على سطح المياه.
عندما نلقي الحصاة في وجود الكرة، سنشاهد جميع هذه الحركات بشكل أوضح.
من المهم الإشارة إلى أن هذه الحركات لا تؤثر على موقع الكرة المجوفة، إذ تعود المياه إلى النقطة التي بدأت منها، المعروفة بنقطة الاستقرار، وفي حال ابتعاد الكرة عن مكانها، فإن ذلك يعود إلى الطاقة الحركية المكتسبة من الموجة.
خصائص الموجات
تمتلك الموجات خصائص متعددة تجعل كل نوع منها مميزًا، مما يساعد على وصفها سواء من حيث الطاقة العالية أو المنخفضة. وفيما يلي خصائص الموجة:
- الطول الموجي.
- الزمن الدوري.
- التردد.
- السعة.
- سرعة انتشار الموجة.
- طاقة الموجة.
في السطور التالية، سنتناول كل خاصية من خصائص الموجات، وخاصةً الطول الموجي، لفهم الإجابة على السؤال: “ما هي أقصر مسافة بين قمتين متتاليتين أو قاعين متتاليين؟”.
الطول الموجي
الطول الموجي هو أقصر مسافة بين قمتين متتاليتين أو قاعين متتاليين، حيث يُفهم من قمتين متتاليتين تواجدهما بنفس الطور بشكل متماثل.
على سبيل المثال، النقاط التي تقوم بإكمال الكسور المتناظرة خلال حركتها الدورية، ويُرمز للطول الموجي بـ λ.
عادةً ما يتم قياس الطول الموجي للموجات العرضية (الموجات التي تتذبذب بزاوية معينة في اتجاه حركتها) من قمة إلى قمة أو من قاع إلى قاع.
أما بالنسبة للموجة الطولية (التي تهتز في اتجاه واحد) فإن قياسها يتم من الانضغاط الأول إلى الانضغاط الثاني أو من الفراغ الأول إلى الفراغ الثاني.
قانون الطول الموجي
الطول الموجي يساوي السرعة الموجية مقسومة على التردد، ويمكن التعبير عنه بالمعادلة التالية: λ = V/f، حيث تشير الرموز إلى:
الطول الموجي λ
وهو يقاس بوحدة المتر.
سرعة الموجة V
وهي السرعة التي تتحرك بها الموجة في اتجاه معين، ويُقاس بوحدة م\ث.
التردد F
يمثل عدد الموجات التي تصل إلى نقطة معينة في وحدة زمنية، ويُقاس بوحدة الهرتز.
العلاقة بين الطول الموجي والتردد
الطول الموجي والتردد مرتبطان بشكل وثيق، فكلما زاد التردد، انخفض الطول الموجي، ويرجع ذلك إلى أن أي موجة ضوئية تنتقل في الفراغ بسرعات ثابتة.
علاوة على ذلك، فإن عدد القمم التي تعبر نقطة معينة في وقت واحد يتوقف على طول الموجة. وعليه، فإن العلاقة بين التردد وطول الموجة هي علاقة عكسية.
ستكون قيمة التردد أكبر عند الطول الموجي القصير، وأقل عند الطول الموجي الطويل.
يمكن التعبير عن العلاقة في الموجات الكهرومغناطيسية بالعلاقة التالية:
C = λv
حيث يرمز C إلى سرعة الضوء، وλ إلى الطول الموجي، وV إلى التردد.
الزمن الدوري
وهو الزمان الذي تحتاجه الموجة بالكامل لتنتقل من نقطة معينة، ويُقاس بالثواني.
التردد
التردد هو مقياس لتكرار الموجات لنفسها في وحدة زمنية معينة، ويتحدد بناءً على سرعتها وطولها الموجي، ويمكن التعبير عنه بالعلاقة التالية: ع = تد × λ، حيث يمثل الرمز “ع” سرعة انتشار الموجة.
أما الرمز “تد” فيمثل التردد الموجي، وλ يمثل الطول الموجي للموجة.
وبناءً على العلاقة السابقة، نستنتج أن التردد والطول الموجي في علاقة عكسية دائمة.
يقل التردد عند زيادة طول الموجة، مع مراعاة أن وحدة قياس التردد هي الهرتز.
السعة
السعة تعد من الخصائص الأساسية للموجة وتأثيرها على الطاقة المرتبطة بها، فطاقة الموجة تتناسب طرديًا مع سعتها.
السعة الموجية هي المسافة بين قاع الموجة وقمتها بالنسبة لمستوى الصفر، وهو المستوى الذي تختفي عنده حركة الموجة.
كما تُعرف بمستوى اتزان الأوساط الناقلة للموجة، وتُقاس السعة بوحدات الطول.
سرعة انتشار الموجة
إنها السرعة التي تتحرك بها الموجة في الفراغات أو في الأوساط الناقلة، ويمكن تعريفها بأنها سرعة إعادة توليد الموجات لنفسها.
يمكن قياسها باستخدام الوحدات القياسية للسرعة، ويتم حسابها بقسمة وحدة قياس الطول على وحدة قياس الزمن، وبذلك تكون وحدة قياس السرعة هي م/ث.
طاقة الموجة
طاقة الموجة تُعتبر من العناصر الأساسية التي تميزها، إذ تمكننا من فهم الكميات الطاقية التي تنتقل من الموجات إلى أي جسم آخر، وهي تعتمد على مربع التردد والسعة وسرعة الموجة.
أنواع الموجات
يمكن تصنيف الموجات بناءً على عدة معايير وأبعاد مختلفة، مما يتيح لنا فهمها بشكل أفضل.
المعيار الأول يعتمد على الاتجاه الذي تسلكه الموجة، بينما يعتمد المعيار الثاني على حاجة الموجة لوسط لنقلها.
تصنيف الموجة بناءً على اتجاهها
الموجات الطولية
تتكون من انضغاط وتخلخل، كما هو الحال في الموجات الصوتية، حيث تتقارب جزيئات الهواء أثناء التضاغط وتبتعد أثناء التخلخل.
الموجات المستعرضة
تُظهر تذبذبات بين القمم والقيعان، كما يحدث عند إلقاء شيء في الماء، حيث يظهر ارتفاع وانخفاض مستوى الماء.
تصنيف الموجة بناءً على الوسط
يمكن تقسيم الموجات إلى نوعين: الموجات التي تحتاج إلى وسط لنقلها، والموجات التي يمكنها الانتقال في الفراغ.
الموجات الكهرومغناطيسية هي مثال على الموجات التي لا تحتاج إلى وسط، مثل الضوء القادم من الشمس الذي ينتقل عبر الفراغ حتى يصل إلى الأرض.
أما الموجات الميكانيكية، فتحتاج إلى وسط ما لنقل طاقتها، مثل الموجات الصوتية.
