فیزیک مدرن/امواج

مقدمه

به هر آشفتگی در محیط که در فضا یا فضازمان منتشر می‌شود و اغلب حامل انرژی است موج می‌گویند. اگر این آشفتگی در میدان‌های الکترومغناطیسی باشد، آن را موج الکترومغناطیسی می‌نامند. در امواج الکترومغناطیسی میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی به طور عمود بر یکدیگر نوسان می‌کنند و با سرعت نور انتشار پیدا می‌کنند. نور و امواج رادیویی از این نوع هستند. امواج مکانیکی امواجی ساده‌تر هستند، که مشهورترین آنها امواج صوت، امواج زلزله و امواج آب است.

موج‌ها به دو دسته امواج طولی و امواج عرضی تقسیم می‌شوند. در امواج طولی، سرعت انتشار موج موازی با حرکت نوسانی آن است، در حالی که، در امواج عرضی این سرعت عمود بر آن است. امواج الکترو مغناطیسی از نوع امواج عرضی هستند.

تعریف امواج الکترومغناطیسی

امواج الکترومغناطیسی یک رده از امواج است که دارای مشخصات زیر است:

امواج الکترومغناطیسی دارای ماهیت و سرعت یکسان هستند و فقط از لحاظ فرکانس، یا طول موج باهم تفاوت دارند

در طیف امواج الکترومغناطیس هیچ شکافی وجود ندارد. یعنی هر فرکانس دلخواه را می‌توانیم تولید کنیم.

برای مقیاسهای بسامد یا طول موج ، هیچ حد بالا یا پائین تعیین شده‌ای وجود ندارد.

از جمله منابع زمینی امواج الکترومغناطیسی می‌توان به امواج دستگاه رله تلفن، چراغ‌های روشنایی و نظایر آن اشاره کرد.

این امواج برای انتشار خود نیاز به محیط مادی ندارند.

قسمت عمده این فیزیک امواج دارای منبع فرازمینی هستند.

امواج الکترومغناطیسی جزو امواج عرضی هستند.

نکات مهم امواج

نکته ۱ - آشفتگی که در يک محيط کشسان می تواند منتشر شود موج ناميده می شود .

نکته ۲ - محيطی کشسان است که دو ويژگی داشته باشد: ۱-قابليت تبديل انرژی پتانسيل به جنبشی و بر عکس را داشته باشد . ۲- نيروی برگرداننده ای در محيط وجود داشته باشد که تغيير در محيط را به وضع اوليه باز گرداند .

نکته ۳ - موج مکانيکی ، موجی است که برای انتشار به محيط مادی نياز دارد مانند صوت .

نکته ۴ - موج عرضی، موجی است که راستای ارتعاشش بر راستای انتشار آن عمود باشد مانند موج طناب.

نکته ۵ - موج طولی، موجی است که راستای انتشار و ارتعاشش بر هم منطبق باشد مانند صوت .

نکته ۶ - طول موج ، مسافتی است که موج در يک دوره می پيمايد و نماد آن λ می‌یاشد.

λ = V . T

نکته ۷ - تابع موج ، معادله موجی است که برای تمام نقاط محيط نوشته شده باشد .

( U=Asin( Ψt-Kx

نکته ۸ - در تابع موج ، K عدد موج ناميده می شود و تغيير فاز حرکت دو نقطه به فاصله يک متر در هر لحظه است .

K=2Π/λ

نکته ۹ - اگر موج در خلاف محور x منتشر شود معادله آن به صورت زير است :

(X=Asin(Ψt+Kx

نکته ۱۰ - تابع موجی طولی که در جهت x ، y منتشر شود بصورت زير است :

( Uy=Asin(Ψt-Ky

( Ux=Asin(Ψt-Kx

نکته ۱۱ - تابع موج عرضی که در جهت x ، y منتشر می شود بصورت زير است :

(Ux=Asin(Ψt-Ky

(Uy=Asin(Ψt-Kx

نکته ۱۲ -اگر دو موج همزمان به يک نقطه از محيط انتشار برسند آن نقطه با معادله موج بر آيند آنها به ارتعاش در می آيد .

yt=y1+y2

نکته ۱۳ - نقاط هم فاز، نقاطی هستند که فاصله آنها از هم مضرب صحيحی از طول موج باشد.

x=nλ

نکته ۱۴ - نقاط در فاز مخالف، نقاطی هستند که فاصله آنها از هم مضرب فردی از نصف طول موج باشد.

x=(2n+1)λ/2

نکته ۱۵ - اگر دو موج با دامنه و بسامد يکسان در فاز مخالف به يک نقطه از محيط برسند همديگر را خنثی می کنند و آن نقطه ساکن می ماند .

نکته ۱۶ - اگر دو موج با دامنه و بسامد يکسان بصورت هم فاز به يک نقطه از محيط برسند آن نقطه با دامنه ای دو برابر با همان بسامد به نوسان در می آيد.