top of page

مراجعة مفاهيم الموجة

لفهم ما تصفه الدالة الموجية بوضوح ، يجب علينا أولاً أن نفهم ماهية الموجة ولماذا يرتبط هذا المفهوم بميكانيكا الكم.

يوجد في الفيزياء نوعان من الموجات التي نعرفها حتى اليوم: الموجات الميكانيكية (التي تعتمد على وسيط للانتشار مثل الهواء والغازات والماء والمادة بشكل عام والموجات الكهرومغناطيسية (التي لا تعتمد على وسيط للانتشار. ، ليس من الضروري التفاعل مع المادة لتعكير صفو الوسط ، ويمكن أن تتحرك في الفراغ.)

 الموجات المستعرضة والطولية: المستعرضة (وضع التذبذب هو عمودي ، من أعلى إلى أسفل ، أو العكس). الموجات الطولية (وضع التذبذب أفقي ، ينتشر من اليمين إلى اليسار أو العكس). 

200.gif

2) الموجات الكهرومغناطيسية (هي مزيج من الموجات المستعرضة للمجال الكهربائي (باللون الأحمر) + المغناطيسية (باللون الأزرق) = الكهرومغناطيسية).

سيكون نوع الموجة التي سنركز عليها هنا هو الموجات المستعرضة ، كما هو الحال في هذا النموذج الذي يتم وصف دالة الموجة الكمومية والموجات الكهرومغناطيسية والموجات الميكانيكية الأخرى بشكل عام. 

الكميات التي تميز الموجة هي التردد (𝑓) وطول الموجة (𝜆) والدورة (T) والسعة (A). كما رأينا سابقًا في مراجعة موجزة للكهرومغناطيسية ،  التردد والطول الموجي متناسبان عكسيا ، أي إذا كان التردد  (𝑓) يزيد وبالتالي ينخفض الطول الموجي والعكس صحيح. 

لنبدأ بتحديد الطول الموجي (𝜆) . لتحديد 𝜆 للموجة المستعرضة ، نأخذها من قمة إلى قمة ، أو ببساطة من وادي إلى واد أو اعتمادًا على الحالة إلى محور التماثل (التوازن). يخبرنا هذا أن 𝜆 تمثل دورة كاملة ، دورة كاملة.  هذا يعني أننا إذا عدنا 𝜆  من قمة ، عندما تطور الموجة كل حركتها حتى تعود إلى نفس "القمة" التي نسميها القمة ، فهي حركة دورية تكرر نفسها بنفس الخصائص من نقطة مرجعية 

بمعرفة هذا ، يجب أن نتذكر أن 𝜆 لا تُقاس بالدرجات بل بالراديان. اتفاقية لتسهيل العمليات الحسابية ، حيث لدينا وظائف ذات خصائص دورية في الرياضيات مثل وظائف Sine (Sen (x)) و Cosine (Cos (x)). لذلك سنضم مباشرة حساب المثلثات و  الدائرة المثلثية حتى نتمكن من ربط كيفية وصفها للموجة بشكل أفضل. 

200w-2.gif
200w.gif

تُظهر الصورة الأولى اللقطات على محور  التوازن على النحو التالي 0º ، 90º (/ 2) ، 180º ( ) ، 270º (3𝜋 / 2) و 360º (2𝜋). المرجع الذي نستخدمه لقياس الطول الموجي في هذه الصورة الأولى هو بالضبط محور التناظر (التوازن) لأن هذا هو المكان الذي نبدأ فيه قياس الموجة. إذن 1 𝜆  كامل يساوي  360 درجة (2 درجة) ، أي دورة كاملة. هذا يعني أنه إذا كانت الموجة  استمر  لنشره سوف يكرر نفسه بلا حدود من نقطة التناظر التي نأخذها كمرجع لقياس  𝜆.

تساعدنا الصورة الثانية على تصور كيف تصف الدائرة المثلثية الموجة بالضبط. مع ذلك نحتاج  تحديد الكميات الأخرى لفهم كيفية وصف الموجة بشكل كامل. الثاني  السمة التي سنتعامل معها ، كما هو موضح في الصورة السابقة ، هما السمتان أعلاه. 

السعة هي القيمة التي تخبرنا بالمسافة من محور التناظر إلى القمة ومن محور التماثل إلى الوادي. نظرًا لأن الموجة هي ظاهرة متذبذبة ومحور تناظرها هو العلامة 0 لمرجعنا ، فإن السعة تتغير قيمتها من الموجب إلى السالب أو العكس. 

senoidal2.png

المعلمة المهمة الأخرى التي نحتاجها لوصف الموجة هي الفترة و  تردد الموجة. كلاهما مرتبطان ببعضهما البعض لأن الفترة هي معكوس التردد والعكس صحيح. 

  • التردد: هو مقدار أو عدد الدورات الكاملة التي يتم إجراؤها في فترة ثانية واحدة. وحدتها معطاة بالهرتز (هرتز)

و- التردد T- فترة  𝜔 - التردد الزاوي 

توضح الصورة أدناه علاقة الموجة بـ a  التردد المنخفض والموجة ذات التردد العالي ، عدد الدورات الكاملة في موجة منخفضة التردد أقل من عدد الدورات الكاملة في موجة عالية التردد.

frequenciaexemplo.png

لاحظ أنه إذا قمنا بزيادة وتيرة الموجة ، فإننا نقوم أيضًا بتقليل معامل آخر ، وهو ما رأيناه بالفعل في التأثير الكهروضوئي. إذا كانت موجة  التردد المنخفض يحتوي على عدد أقل من الدورات الكاملة في ثانية واحدة ، وهذا يعني أن  𝜆 هي خاصية مميزة. الآن إذا قمنا بزيادة  وبالتالي ، تزداد الدورات في نفس الفترة الزمنية البالغة 1 ثانية ، وبالتالي فإن تردد الموجة يزيد  𝜆 النقصان. وبالتالي يمكننا أن نستنتج أنه إذا كانت تزيد ثم تنخفض ، أي أنها متناسبة عكسياً. 

  • الفترة الزمنية: هي مقدار الوقت الذي يحتاجه أي جسم لإكمال دورة واحدة ، دورة واحدة. بمعنى آخر ، الوقت الذي يستغرقه الجسم لإكمال ثورة واحدة. وحدتها معطاة بالثواني. كما نعلم الفترة والتردد هي علاقات عكسية ، تبدو المعادلة كما يلي: 

⚠︎ ملاحظة: قد يبدو الأمر محيرًا لأولئك الذين لم يلاحظوا ، على ما يبدو 𝜆 و T متماثلان ، أو يبدو أنهم كذلك. الحذر! إنهم ليسوا كذلك !  𝜆 لديها وحدات متر (م) في SI (النظام الدولي) تخبرنا أين تبدأ موجتنا وإلى أي مدى "تنتهي" ، إذا اعتبرنا الموجة محدودة. إنه يميز ببساطة ماهية بداية ونهاية الموجة في الفضاء. الآن الفترة T لها بُعد زمني في النظام الدولي للوحدات ، والذي يُعطى بالثواني (الثواني) ، أي أنه يوضح لنا المدة التي تستغرقها الموجة لإكمال دورة واحدة ، دورة كاملة واحدة ، بمعنى آخر 𝜆. ثم يخبرنا T كم من الوقت استغرق للوصول إلى "نهاية" الموجة ، (أي أين  دعنا نحلل  انها انتشرت مرة أخرى إلى  غادر  من هناك هي  سيتوجه  كرر مرة أخرى.  

  • التردد الزاوي: يقيس مدى سرعة اجتياز زاوية الطور. تتوافق زاوية الطور مع موضع الجسم المتأرجح. بمعنى آخر مدى سرعة اكتمال الدورة. وحدة SI لـ تساوي راديان في الثانية (راديان / ث). يمكننا تعريف 𝜔 كدالة لـ 𝑓 أو T. انظر: 

لقد حددنا حتى الآن المعلمات الرئيسية التي نحتاجها لتحديد موجة في الفيزياء. الآن لنحدد ما نسميه دالة الموجة ، أي دالة الموجة الزمنية كما فعلنا في علم الحركة. ولكن لفهم ما تصفه الدالة الموجية بوضوح ، دعونا نلقي نظرة على تعريف أكثر دقة للموجة في الشكل المفاهيمي. الموجة ليست أكثر من موجة  اضطراب في الوسط ينقل الطاقة من نقطة إلى أخرى.  الأمواج لا تحل محل المادة ، بل الطاقة فقط.  خذ على سبيل المثال الرسوم المتحركة  أقل: 

ondaponto.gif
ondasvelponto.gif

انظر الصورة الأولى. عندما نتحدث عن الدالة الموجية ، ما نريد حقًا أن نعرفه هو أين بالضبط  تلك النقطة السوداء. لاحظ أن هذه النقطة تتأرجح في كل لحظة زمنية ، أي أن موضعها بالنسبة إلى المحور الصادي يختلف بمرور الوقت. لتعريف الموجة نفسها ، علينا أن نتخيل نفس هذه النقطة موزعة عبر الموجة كما في الصورة الثانية ، كلتا الصورتين تحترمان تعريف الموجة الذي صنعناه سابقًا. لاحظ أن النقاط لا تتحرك في المحور X ، ولكن اضطراب الموجة التي تنتشر في الفضاء الذي نحدده على أنه موجة. النقاط فقط ترتفع وتنخفض على التوالي. وللقيام بذلك رياضيًا ، ستحتاج الدالة الموجية إلى متغيرين. المتغير x الذي سيوضح لنا مكان الموجة في الفراغ ومتغير الوقت t ، حتى نعرف في أي لحظة زمنية تكون عند x. 

أ - السعة ر - الوقت  𝜔 - التردد الزاوي. 𝜙 - زاوية المرحلة 

لاحظ أن المعادلة تحتوي إلى حد كبير على جميع المعلمات التي رأيناها والتي تصف الموجة. السعة (أ) التي تصف المسافة من القمة والقاع لمحور التناظر ، والعامل (t) الذي يخبرنا بمدى سرعة اكتمال الدورة ، وآخر واحد لم نذكره بعد هو (𝜙) ما يسمى بزاوية الطور ، يمكننا ربطها بالموضع الأولي (إذن) لمعادلة الوقت في الكينماتيكا ، فهي تخبرنا بالزاوية التي بدأنا في تحليل الموجة وكيف تبدأ حركتها. كل هذه المعلمات كافية لوصف موجة تنتشر عبر الفضاء.  

يمكننا الآن أن نفهم بشكل أفضل ما تصفه الدالة الموجية وما تقوم بتحليله بالفعل ، وخصائصها الرئيسية. نحن الآن جاهزون لدراسة وظيفة الموجة وخصائصها فيما يتعلق بدالة الموجة الكلاسيكية. 

bottom of page