يمكنك تخيل ما هي الموجات الميكانيكية ،رمي الحجر في الماء. تمثل الدوائر التي تظهر عليها والتي تتناوب القيعان والتلال مثالاً على الموجات الميكانيكية. ما هو جوهرهم؟ الموجات الميكانيكية هي عملية انتشار الاهتزازات في الوسائط المرنة.
موجات على أسطح السوائل
هذه الموجات الميكانيكية موجودة بسببالتأثيرات على جزيئات قوى التفاعل بين الجزيئات والسوائل. الناس منذ فترة طويلة يدرسون هذه الظاهرة. وأبرزها أمواج المحيط والبحر. كلما زادت سرعة الرياح ، فإنها تتغير ، ويزيد ارتفاعها. شكل الأمواج نفسها معقد أيضا. في المحيط ، يمكن أن تصل إلى أبعاد مخيفة. يعد تسونامي أحد أكثر الأمثلة إيضاحًا للقوة ، حيث يجتاح كل شيء في طريقه.
طاقة البحر وأمواج المحيط
موجات مرنة
في الميكانيكا ، ليس فقط الاهتزازاتسطح سائل ، ولكن أيضًا ما يسمى بالموجات المرنة. هذه الاضطرابات التي تنتشر في وسائط مختلفة تحت تأثير القوى المرنة فيها. مثل هذا الاضطراب هو أي انحراف في الجسيمات لوسط معين عن موضع التوازن. خير مثال على الموجات المرنة هو حبل طويل أو أنبوب مطاطي متصل في أحد طرفيه بشيء ما. إذا قمت بشده بإحكام ثم أحدثت حركة جانبية حادة اضطرابًا في الطرف الثاني (غير الآمن) منه ، يمكنك أن ترى كيف "ستسير" بطول الحبل بالكامل إلى الدعم وستنعكس للخلف.
مصدر الموجة الميكانيكية
الاضطراب الأولي يؤدي إلى الظهور فيبيئة الموجة. إنه ناتج عن عمل بعض الأجسام الغريبة ، والذي يسمى في الفيزياء مصدر الموجة. يمكن أن تكون يد شخص يتأرجح في الحبل ، أو حصاة ألقيت في الماء. في الحالة التي يكون فيها عمل المصدر قصير المدى ، تحدث موجة واحدة غالبًا في الوسط. عندما يقوم "المشتت" بحركات اهتزازية طويلة ، تبدأ الموجات في الظهور واحدة تلو الأخرى.
شروط حدوث الموجات الميكانيكية
لا يتشكل هذا النوع من الاهتزازات دائمًا. الشرط الضروري لمظهرهم هو الظهور في لحظة اضطراب وسط القوى التي تمنعها ، على وجه الخصوص ، المرونة. تميل إلى تقريب الجسيمات المجاورة من بعضها عندما تتباعد ، وتدفعها بعيدًا عن بعضها البعض في لحظة الاقتراب. تبدأ القوى المرنة التي تعمل على الجسيمات البعيدة عن مصدر الاضطراب في عدم توازنها. بمرور الوقت ، تشارك جميع جسيمات الوسط في حركة تذبذبية واحدة. انتشار مثل هذه الاهتزازات هو موجة.
موجات ميكانيكية في وسط مرن
هناك نوعان من الحركة في الموجة المرنةفي نفس الوقت: تذبذبات الجسيمات وانتشار الاضطراب. الموجة الطولية هي موجة ميكانيكية ، تهتز جزيئاتها على طول اتجاه انتشارها. المستعرضة عبارة عن موجة ، تهتز جسيمات الوسط عبر اتجاه انتشارها.
خصائص الموجات الميكانيكية
ملامح الأمواج على سطح السوائل
الأمواج الموجودة على سطح السائل ليست طولية وليست كذلكمستعرض. لديهم طابع أكثر تعقيدًا ، ما يسمى بالطابع العرضي الطولي. في هذه الحالة ، تتحرك جزيئات السوائل في دائرة أو على طول القطع الناقص الممدود. الحركات الدائرية للجسيمات على سطح السائل ، وخاصة عند الاهتزازات الكبيرة ، تكون مصحوبة بحركتها البطيئة ولكن المستمرة في اتجاه انتشار الموجة. هذه الخصائص للأمواج الميكانيكية في الماء هي التي تحدد مظهر المأكولات البحرية المختلفة على الساحل.
تردد الموجة الميكانيكية
قد لا يكون من الواضح على الفور كيفهذه العملية تحدث. يرتبط نقل طاقة الحركة الاهتزازية من مصدرها إلى محيط الوسط بالموجات الميكانيكية. في غضون ذلك ، تحدث ما يسمى بالتشوهات الدورية ، والتي تنتقل بواسطة الموجة من نقطة إلى أخرى. في هذه الحالة ، لا تتحرك جسيمات الوسط مع الموجة. تتأرجح بالقرب من وضع التوازن. هذا هو السبب في أن انتشار الموجة الميكانيكية لا يترافق مع انتقال المادة من مكان إلى آخر. الموجات الميكانيكية لها ترددات مختلفة. لذلك ، تم تقسيمها إلى نطاقات وتم إنشاء مقياس خاص. يتم قياس التردد بالهرتز (هرتز).
الصيغ الأساسية
υ = √G / ρ ،
حيث ρ هي كثافة الوسط ، G هي معامل المرونة.
عند الحساب ، لا تخلط بين سرعة الميكانيكيةموجات في وسط مع سرعة حركة جسيمات الوسط ، والتي تشارك في عملية الموجة. لذلك ، على سبيل المثال ، تنتشر موجة صوتية في الهواء بمتوسط سرعة اهتزاز لجزيئاتها تبلغ 10 م / ث ، بينما تبلغ سرعة الموجة الصوتية في الظروف العادية 330 م / ث.
• كروي - تسببه اهتزازات في وسط غازي أو سائل. في هذه الحالة ، يتناقص اتساع الموجة مع المسافة من المصدر في تناسب عكسي مع مربع المسافة.
• مسطح - يمثل المستوى الذيعمودي على اتجاه انتشار الموجة. يحدث ، على سبيل المثال ، في أسطوانة مكبس مغلقة عندما تتأرجح. تتميز الموجة المستوية بسعة ثابتة تقريبًا. يرتبط انخفاضه الطفيف مع المسافة من مصدر الاضطراب بدرجة لزوجة الوسط الغازي أو السائل.
الطول الموجي
يُفهم الطول الموجي على أنه المسافة التي سيتم إزاحة مقدمتها في وقت يساوي فترة التذبذب لجسيمات الوسط:
λ = υT = υ / v = 2πυ / ω ،
حيث T هي فترة التذبذب ، υ هي سرعة الموجة ، هي التردد الدوري ، ν هو تردد التذبذب لنقاط الوسط.
منذ سرعة الانتشار الميكانيكيتعتمد الموجة بشكل كامل على خصائص الوسط ، ثم يتغير طولها λ أثناء الانتقال من وسيط إلى آخر. في هذه الحالة ، يظل تردد الاهتزاز دائمًا كما هو. تتشابه الموجات الميكانيكية والكهرومغناطيسية في أنه عندما تنتشر ، يتم نقل الطاقة ، ولكن لا يتم نقل أي مادة.
