امواج ما را در همه جا احاطه کرده اند، زیرا در دنیایی از حرکت و صدا زندگی می کنیم. ماهیت فرآیند موج چیست، ماهیت نظریه فرآیندهای موج چیست؟ بیایید با مثالی از آزمایشات به این موضوع نگاه کنیم.
مفهوم امواج در فیزیک
یک مفهوم رایج برای بسیاری از فرآیندها وجود صدا است. طبق تعریف، صدا نتیجه حرکات نوسانی سریعی است که توسط هوا یا سایر وسایلی که توسط اندام های شنوایی ما درک می شود ایجاد می شود. با دانستن این تعریف می توان به بررسی مفهوم «فرایند موج» پرداخت. تعدادی آزمایش وجود دارد که به شما امکان می دهد به صورت بصری این پدیده را در نظر بگیرید.
فرایندهای موجی مورد مطالعه در فیزیک را می توان به صورت امواج رادیویی، امواج صوتی، امواج فشرده سازی هنگام استفاده از تارهای صوتی مشاهده کرد. آنها در هوا پخش می شوند.
برای تعریف بصری مفهوم، یک سنگ را در یک گودال پرتاب کنید و گسترش افکت ها را مشخص کنید. این نمونه ای از موج گرانشی است. این به دلیل بالا و پایین رفتن مایع رخ می دهد.
آکوستیک
بخش کاملی به نام "آکوستیک" به مطالعه خواص صوت در فیزیک اختصاص داده شده است. بیایید ببینیم چه چیزی را مشخص می کند. بیایید روی چیزها تمرکز کنیم وفرآیندهایی که در آن همه چیز هنوز روشن نیست، در مورد مشکلاتی که هنوز در انتظار حل هستند.
آکوستیک، مانند دیگر شاخه های فیزیک، هنوز رازهای حل نشده بسیاری دارد. آنها هنوز باز نشده اند. بیایید فرآیند موج را در آکوستیک در نظر بگیریم.
صدا
این مفهوم با حضور حرکات نوسانی مرتبط است که توسط ذرات محیط ایجاد می شود. صدا مجموعه ای از فرآیندهای نوسانی است که با ظهور امواج همراه است. در فرآیند تشکیل در محیط فشرده سازی و نادر شدن، یک فرآیند موج رخ می دهد.
نشانگرهای طول موج به ماهیت محیطی که در آن فرآیندهای نوسانی انجام می شود بستگی دارد. تقریباً تمام پدیده‌هایی که در طبیعت رخ می‌دهند با وجود ارتعاشات صوتی و امواج صوتی که در محیط منتشر می‌شوند مرتبط هستند.
نمونه هایی از تعیین فرآیند موج در طبیعت
این حرکات می توانند در مورد پدیده فرآیند موج اطلاع دهند. امواج صوتی با فرکانس بالا می توانند هزاران کیلومتر را طی کنند، مانند زمانی که یک آتشفشان فوران می کند.
هنگام وقوع زلزله، ارتعاشات صوتی و ژئوآکوستیک قوی رخ می دهد که می تواند توسط گیرنده های صوتی ویژه ثبت شود.
در طول یک زمین لرزه زیر آب، یک پدیده جالب و وحشتناک رخ می دهد - یک سونامی، که یک موج عظیم است که در هنگام تظاهرات قدرتمند زیرزمینی یا زیر آب از عناصر بوجود آمده است.
به لطف آکوستیک، می توانید اطلاعاتی در مورد نزدیک شدن سونامی به دست آورید. بسیاری از این پدیده ها برای مدت طولانی شناخته شده اند. اما تا به حال برخی از مفاهیم فیزیکنیاز به مطالعه دقیق دارد بنابراین، برای مطالعه رازهایی که هنوز حل نشده اند، این امواج صوتی هستند که به کمک می آیند.
نظریه تکتونیک
در قرن هجدهم، "فرضیه فاجعه" متولد شد. در آن زمان مفاهیم «عنصر» و «قاعدگی» به هم متصل نبودند. سپس آنها کشف کردند که سن کف اقیانوس بسیار جوانتر از خشکی است و این سطح دائماً در حال به روز شدن است.
در این زمان بود که به لطف نگاهی جدید به زمین، فرضیه دیوانه‌وار به نظریه «تکتونیک صفحات سنگ‌سفری» تبدیل شد، که بیان می‌کند که گوشته زمین حرکت می‌کند و فلک شناور است. چنین فرآیندی شبیه حرکت یخ ابدی است.
برای درک فرآیند توصیف شده، مهم است که از کلیشه ها و دیدگاه های معمولی خلاص شوید و انواع دیگر وجود را درک کنید.
پیشرفت های بیشتر در علم
حیات زمین شناسی روی زمین زمان و حالت ماده خاص خود را دارد. علم در بازآفرینی مثل موفق شده است. کف اقیانوس دائماً در حال حرکت است و با بالا آمدن ماده جدید از اعماق زمین به سطح و سرد شدن تدریجی، باعث گسیختگی و تشکیل پشته می شود.
در این زمان، هنگامی که صفحات عظیم لیتوسفر بر روی سطح گوشته زمین - پوسته سنگی بالایی زمین که قاره ها و بستر دریا را حمل می کند - شناور می شوند، در خشکی فرآیندهایی رخ می دهد.
تعداد این بشقاب ها حدود ده بشقاب است. گوشته بی قرار است، بنابراین صفحات لیتوسفر شروع به حرکت می کنند. در شرایط آزمایشگاهی، این فرآیند ظاهری برازنده دارد.
در طبیعت، یک فاجعه زمین شناسی را تهدید می کند- زمین لرزه. دلیل حرکت صفحات لیتوسفر، فرآیندهای همرفتی جهانی است که در اعماق زمین رخ می دهد. نتیجه رگبار سونامی خواهد بود.
ژاپن
در میان دیگر مناطق زمین لرزه خطرناک، ژاپن جایگاه ویژه ای را به خود اختصاص داده است، این زنجیره از جزایر "کمربند آتش" نامیده می شود.
با پیگیری دقیق نفس فلک زمین، می توان فاجعه قریب الوقوع را پیش بینی کرد. برای مطالعه فرآیندهای نوسانی، یک دکل حفاری فوق عمیق به ضخامت زمین وارد شد. تا عمق 12 کیلومتری نفوذ کرد و به دانشمندان این امکان را داد تا در مورد وجود سنگ های خاص در داخل زمین نتیجه گیری کنند.
سرعت موج الکترومغناطیسی در درس فیزیک کلاس نهم مطالعه می شود. نشان دادن تجربه با وزنه هایی که در فاصله مساوی از یکدیگر قرار دارند. آنها توسط فنرهای یکسان شکل معمول به هم متصل می شوند.
اگر وزنه اول را با فاصله معینی به سمت راست منتقل کنید، وزنه دوم برای مدتی در همان وضعیت باقی می ماند، اما فنر از قبل شروع به فشرده شدن کرده است.
تعریف اصطلاح "موج"
از زمانی که چنین فرآیندی اتفاق افتاده است، نیروی کشسانی بوجود آمده است که وزنه دوم را فشار می دهد. او شتاب می گیرد، پس از مدتی سرعت می گیرد، در این جهت حرکت می کند و فنر را بین وزنه های دوم و سوم فشرده می کند. به نوبه خود، سوم شتاب دریافت می کند، شروع به شتاب می کند، جابجا می شود و فنر چهارم را تحت تاثیر قرار می دهد. و بنابراین این فرآیند در تمام عناصر سیستم انجام خواهد شد.
در این مورد، جابجایی بار دوم در امتدادزمان دیرتر از اول رخ خواهد داد. معلول همیشه از علت عقب است.
همچنین، جابجایی بار دوم مستلزم جابجایی بار سوم خواهد بود. این فرآیند تمایل دارد به سمت راست گسترش یابد.
اگر وزن اول طبق قانون هارمونیک شروع به نوسان کند، این روند به وزن دوم گسترش می یابد، اما با واکنش تاخیری. بنابراین، اگر اولین وزنه را به ارتعاش در آورید، می توانید نوسانی داشته باشید که به مرور زمان در فضا پخش می شود. این تعریف موج است.
انواع امواج
بیایید ماده ای را تصور کنیم که از اتم ها تشکیل شده است، آنها عبارتند از:
- جرم دارند - مانند وزن‌های پیشنهادی در آزمایش؛
- به یکدیگر متصل شده و از طریق پیوندهای شیمیایی یک جسم جامد را تشکیل می دهند (همانطور که در آزمایش با فنر مورد بحث قرار گرفت).
نتیجه می شود که ماده سیستمی است شبیه مدلی از تجربه. می تواند موج مکانیکی را منتشر کند. این فرآیند با ظهور نیروهای الاستیک همراه است. چنین امواجی اغلب به عنوان "جهش" نامیده می شوند.
دو نوع امواج الاستیک وجود دارد. برای تعیین آنها، می توانید یک فنر بلند بگیرید، آن را در یک طرف ثابت کنید و آن را به سمت راست بکشید. بنابراین می توانید ببینید که جهت انتشار موج در امتداد چشمه است. ذرات محیط در یک جهت حرکت می کنند.
در چنین موجی، ماهیت جهت نوسان ذرات با جهت انتشار موج منطبق است. این مفهوم "موج طولی" نامیده می شود.
اگر بهار را دراز کنید و به آن فرصت دهید تا بیایددر حالت استراحت قرار گرفته و سپس موقعیت را به شدت در جهت عمودی تغییر دهید، مشاهده می شود که موج در طول فنر منتشر می شود و بارها منعکس می شود.
اما جهت نوسان ذرات اکنون عمودی است و انتشار موج افقی است. این یک موج عرضی است. فقط در جامدات می تواند وجود داشته باشد.
سرعت امواج الکترومغناطیسی در انواع مختلف متفاوت است. این ویژگی با موفقیت توسط زلزله شناسان برای تعیین فاصله تا منابع زلزله استفاده می شود.
هنگامی که یک موج منتشر می شود، ذرات در امتداد یا عرض نوسان می کنند، اما این با انتقال ماده همراه نیست، بلکه تنها با حرکت همراه است. بنابراین در کتاب درسی "فیزیک" پایه نهم آمده است.
ویژگی معادله موج
معادله موج در علم فیزیک نوعی معادله دیفرانسیل هذلولی خطی است. همچنین برای سایر حوزه های تحت پوشش فیزیک نظری استفاده می شود. این یکی از معادلاتی است که فیزیک ریاضی از آن برای محاسبات استفاده می کند. به طور خاص، امواج گرانشی توصیف شده است. برای توصیف فرآیندها استفاده می شود:
- در آکوستیک، به عنوان یک قاعده، نوع خطی؛
- در الکترودینامیک.
فرایندهای موج در محاسبه حالت چند بعدی یک معادله موج همگن نمایش داده می شوند.
تفاوت بین موج و تاب
اکتشافات قابل توجه از تفکر در مورد یک پدیده معمولی حاصل می شود. گالیله ضربان قلب خود را به عنوان معیار زمان در نظر گرفت. بنابراین، ثبات روند نوسانات آونگ کشف شد - یکی از مفاد اصلی مکانیک. آی تیکاملاً فقط برای یک آونگ ریاضی - یک سیستم نوسانی ایده آل که با:مشخص می شود
- موقعیت تعادل؛
- نیروی نیروی که بدن را در هنگام انحراف به وضعیت تعادلش برمی گرداند؛
- انتقال انرژی هنگام وقوع نوسان.
برای خارج کردن سیستم از تعادل، شرط وقوع نوسانات ضروری است. در این حالت انرژی خاصی گزارش می شود. سیستم های ارتعاشی مختلف به انواع مختلفی از انرژی نیاز دارند.
نوسان فرآیندی است که با تکرار مداوم حرکات یا حالات سیستم در بازه های زمانی مشخص مشخص می شود. یک نمایش واضح از فرآیند نوسانی مثالی از آونگ در حال چرخش است.
فرایندهای نوسانی و موجی تقریباً در همه پدیده‌های طبیعی مشاهده می‌شوند. این یک ویژگی متمایز از فرآیندهای موجی است؛ آنها برای مدت طولانی در فیزیک مورد مطالعه قرار گرفته اند. هنگام تحقیق، می توانید طول موج را برجسته کنید.
امواج صوتی می توانند در همه کره ها وجود داشته باشند، آنها فقط در خلاء وجود ندارند. امواج الکترومغناطیسی خواص ویژه ای دارند. آنها می توانند در همه جا وجود داشته باشند، حتی در خلاء.
انرژی یک موج به دامنه آن بستگی دارد. موج دایره ای که از منبع منتشر می شود، انرژی را در فضا پراکنده می کند، بنابراین دامنه آن به سرعت کاهش می یابد.
یک موج خطی خواص جالبی دارد. بنابراین انرژی آن در فضا تلف نمی شوددامنه چنین امواجی تنها به دلیل نیروی اصطکاک کاهش می یابد.
جهت انتشار موج با پرتوها - خطوطی که عمود بر جبهه موج هستند نشان داده می شود.
زاویه بین پرتو فرودی و نرمال زاویه تابش است. بین پرتو معمولی و بازتابی زاویه انعکاس قرار دارد. برابری این زاویه ها در هر موقعیتی از مانع نسبت به جبهه موج حفظ می شود.
وقتی امواجی که در جهت مخالف یکدیگر حرکت می کنند، یک موج ایستاده تشکیل می شود.
نتایج
ذرات محیط بین گره های مجاور یک موج ایستاده در همان فاز نوسان می کنند. اینها پارامترهای فرآیند موج ثابت در معادلات موج هستند. وقتی امواج به هم می رسند، هم افزایش و هم کاهش دامنه آنها قابل مشاهده است.
با دانستن ویژگی های اصلی فرآیند موج، می توان دامنه موج حاصل را در یک نقطه مشخص تعیین کرد. اجازه دهید مشخص کنیم که موج منبع اول و دوم در چه مرحله ای به این نقطه می رسد. علاوه بر این، مراحل مخالف هستند.
اگر اختلاف مسیر تعداد فرد نیمه موج باشد، دامنه موج حاصل در این نقطه حداقل خواهد بود. اگر اختلاف مسیر برابر با صفر یا یک عدد صحیح از طول موج ها باشد، افزایش دامنه موج حاصل در نقطه ملاقات مشاهده می شود. این یک الگوی تداخل زمانی است که امواج از دو منبع اضافه می شوند.
فرکانس امواج الکترومغناطیسی در تکنولوژی مدرن ثابت است. دستگاه گیرنده باید امواج الکترومغناطیسی ضعیف را ثبت کند. اگر یک بازتابنده قرار دهید، انرژی موج بیشتری وارد گیرنده می شود. سیستم بازتابنده به گونه ای نصب شده است که حداکثر را ایجاد می کندسیگنال در دستگاه گیرنده.
ویژگی های فرآیند موجی زیربنای ایده های مدرن درباره ماهیت نور و ساختار ماده است. بنابراین، هنگام مطالعه آنها در کتاب فیزیک پایه نهم، می توانید با موفقیت یاد بگیرید که چگونه مسائل را از رشته مکانیک حل کنید.
