التصنيفات
الفيزياء الموجية والضوء

حركة الموجة

الحركةالموجية
Wave motion
انواع الموجات

اذا اثرت قوة خارجية لحظية في جسم فان الجزيئات التي تقع تحت التأثير المباشر لقوة .تبدأ في التحرك حركة تذبذبية حول مراكز اتزانها .ثم تنتقل منها هذه الحركة الى ما يليها من الجزيئات و هكذا. و تتكون من الحركة المتتالية لهذه الجزيئات دفعة اضطراب (disturbance) تنتقل خلال الجسم. و يتخذ مثل هذا الاضطراب اشكالا متعددة داخل الجسم تبعا لطبيعة الجسم و تبعا لنوع و اتجاه القوى التي تحدث الاضطراب الذي يسمى عادة بالحركة الموجية. و اهم الموجات الحادثة نوعان .هما :-

1- الموجات المستعرضة (transverse waves) :-

اذا كان اتجاه حركة جسيمات المادة الحاملة للموجة عموديا على اتجاه حركة الموجة نفسها فان الموجة تسمى موجة مستعرضة. مثال ذلك حبل مثبت من طرف واحد بينما يندفع طرفه الاخر الى اعلى ثم الى اسفل في حركة تذبذبية كما في شكل (1). في هذه الحالة ينتقل الاضطراب خلال الحبل بينما تتذبذب جسيمات الحبل في حركة توافقية بسيطة في اتجاه عمودي على اتجاه انتشار الاضطراب.
و من امثلة الموجات المستعرضة موجات الضوء و هي موجات كهرومغناطيسية فيها المجالين المغناطيسي و الكهربائي عموديان على اتجاه انتشار الموجة.

الموجات الطولية (longitudinal waves) :-
و فيها تتذبذب جسيمات المادة في اتجاه انتشار الموجة مثال ذلك تذبذب حلقات الحلزون في اتجاه حركة الموجة.


التصنيفات
الفيزياء الموجية والضوء

معادلات حركة الموجة

معادلات حركة الموجة :-
اذا تحركت موجة في اي وسط فان جميع الجسيمات الحاملة للموجة تتذبذب بنفس الحركة التوافقية البسيطة و يكون لها نفس السعة السعة و نفس التردد و لكنها تختلف في الطور.
نفرض ان (Y) هي الازاحة لجسيم يقع عند نقطة الاصل
Y= A sin ωt
اما الازاحة لاي جسيم اخر على يمين او يسار الجسيم و يبعد عنه مسافة قدرها (x) .فهي :-
Y= A sin (ωt[+ or -]α)…….(1).
حيث (α) هي فرق الطور في ذبذبة الجسمين.
و لكن (α) تتناسب مع البعد (x).
Then :- α= kx……………(2).
حيث (k) مقدار ثابت.
اي جسيم يبعد عن نقطة الاصل بمسافة تساوي طول الموجة )( (λفأنه يتبع نفس ذبذبة الجسم الموجود عند نقطة الاصل و يختلف عنه في الطور بمقدار (α = 2 π).
و بالتعويض بذلك في المعادلة (46) :-
Then :- 2 π= kλ
Then :- k=2 π/λ
و بالتعويض في المعادلة (1) :-
Then :- Y= A sin (ωt[+ or -] 2 π x/ λ(
But :- ω= 2 π f = 2 π / T
حيث (f) هو التردد, (T) الزمن الدوري.

Then :- Y = A sin ([2 π t/ T ]{+ or -}[2 π x / λ])

= A sin 2 π([t / T]{+ or -}[x / λ])…………(3).
Then :- Y = A sin (2 π/λ) (vt[+ or -] x )……………..(4).
Because :- v = λ / T
حيث (v) هي سرعة انتشار الموجة.
فأذا كان اتجاه انتشار الموجة هو في الاتجاه الموجب من (x)
Then : – Y = A sin (2 π/λ) (vt-x)………….(5).
تعطي هذه المعادلة ازاحة جسيم عند اي زمن (t) حيث (x) هو بعد الجسيم عن نقطة الاصل .
بتفاضل المعادلة (5) بالنسبة الى (x)
Then :- (dy/dx)= – A (2 π/λ) cos (2 π/λ) (vt-x)………..(6).
و بتفاضل المعادلة (5) بالنسبة الى (t)
Then :- (dy/dt) = A (2 π v/ λ) cos (2 π/λ) (vt-x)………..(7).
و بمقارنة المعادلتين (6 , 7)
Then :- (dy/dt) = – v (dy/dx)………….(8).
و لكن (dy/dt) هي سرعة الجسيم الذي يبعد عن نقطة الاصل بمسافة (x) , (v) هي سرعة انتشار الموجة , (dy/dx) هوميل المماس للموجة على بعد (x) من نقطة الاصل.
اذن :-
سرعة جسيم يبعد عن نقطة الاصل بمسافة (x) يساوي حاصل ضرب سرعة انتشار الموجة في ميل مماس الموجة على بعد (x) من نقطة الاصل .
و بتفاضل المعادلة (6) مرة اخرى :-
({[d^2]y}/dx^2) = – A (4 [π^2] / λ^2) sin (2 π/λ) (vt-x)………..(9).
و بتفاضل المعادلة (7) مرة اخرى كذلك :-
({[d^2]y}/dt^2) = – A (4 [π^2] [v^2]/ λ^2) sin (2 π/λ) (vt-x)……….(10).
و بمقارنة المعادلتين (9 , 10)
Then :- ({[d^2]y}/dt^2) = (v^2) ({[d^2]y}/dx^2)……………(11).
و هذه هي المعادلة التفاضلية لحركة الموجة . و اي معادلة من هذا القبيل تمثل حركة موجة سرعتها هو جذر معامل ({[d^2]y}/dx^2).