ملخص الاهتزازات والموجات فيزياء صف حادي عشر متقدم فصل أول
ملخص الاهتزازات والموجات فيزياء صف حادي عشر متقدم فصل أول
[ الحركة الدورية ]
الحركة التوافقية البسيطة
الحركة الدورية الاهتزازية : هي الحركة التي تكرر نفسها في فترات زمنية متساوية.
أمثلة: حركة بندول ساعة – حركة جسم معلق في نابض۔ حركة أوتار قيثارة
الحركة التوافقية البسيطة : هي حركة تتناسب فيها قوة الارجاع طرديا مع إزاحة الجسم عن موضع اتزانه. وتعمل قوة الارجاع على إعادة الجسم لموضع اتزانه.
توجد كميتان تنصفان الحركة التوافقية البسيطة
أ. الزمن الدوري : هو الزمن الذي يحتاج اليه الجسم لعمل اهتزازة كاملة
ب۔ سعة الاهتزازة A: هي أقصى إزاحة للجسم عن موضع السكون ( الاتزان).
قانون هوك والكتلة المعلقة في نابض :
قانون هوك :
نص القانون: القوة التي يؤثر بها نابض تساوي حاصل ضرب ثابت النابض في مقدار الاستطالة أو الانضغاط
أي : 
حيث أن : F : القوة التي يؤثر بها نابض (N)
K :ثابت النابض ( N/m ) ويعتمد على صلابة النابض إضافة لخصائص أخرى.
χ :مقدار الاستطالة أو الانضغاط (m)
والاشارة السالبة في القانون تعني أن القوة هي قوة ارجاع.
طاقة الوضع المرونية المخزنة في نابض:
طاقة الوضع المرونية في نابض تساوي نصف حاصل ضرب ثابت النابض k في مربع إزاحته χ2
العلاقة البيانية بين القوة المؤثرة في نابض ومقدار الاستطالة
كلما زادت مقدار القوة المؤثرة على نابض زادت الاستطالة ( علاقة طردية).
ومن خلال الرسم البياني يمكن إيجاد ما يلي:
أ. ثابت النابض K يساوي ميل الخط البياني لمنحنى (القوة – الاستطالة)
ب۔ طاقة الوضع المرونية المختزنة في نابض PEsp تساوي مساحة الشكل تحت منحنى ( القوة – الاستطالة) .
البندول البسيط : عبارة عن جسم صلب كثافته عالية (الثقل) معلق بواسطة خيط
علل لما يلي يعتبر البندول البسيط حركة توافقية بسيطة
ج : لأن قوة الارجاع ( القوة المحصلة تتناسب طرديا مع إزاحة الجسم عن موضع اتزانه في حدود زوايا الميل الصغيرة ( أقل من 15 درجة)
ملاحظات هامة
الزمن الدوري للبندول البسيط يعتمد فقط على طول خيط البندول وتسارع الجاذبية الأرضية ولا يعتمد على كتلة النقل أو سعة الاهتزازة. من التطبيقات المهمة على البندول حساب تسارع الجاذبية الأرضية و باستخدام العلاقة السابقة
الرنين:
حالة خاصة في الحركة التوافقية البسيطة تحدث عندما تطبق قوى صغيرة على جسم مهتز في فترات زمنية منتظمة مساوية للزمن الدوري للاهتزازة ، مما يؤدي الى زيادة سعة الاهتزازة.
أمثلة على الرنين
- تأرجح الأرجوحة تحت تأثير دفعات متتالية خلال فترات زمنية متساوية.
- ارجحة السيارة للأمام والخلف لتحرير عجلاتها من الرمل أو الثلج.
- القفز المتواتر على لوح القفز أو الغوص.
تطبيق على الرنين
علل لما يأتي:
1- يؤدي صوت الجمهور وحركتهم المنتظمة عند قفزهم الى أعلى وأسفل الى تحطيم هيكل الشرفة في المسرح
ج: لأن قفزهم الى أعلى وأسفل بزمن دوري مساو للزمن الدوري الطبيعي الاهتزاز الشرفة ينشأ عنه حالة رنين يؤدي لزيادة سعة الاهتزازة تدريجيا مما قد يسبب تحطيم هيكل الشرفة
2- اهتزاز عجلة السيارة بقوة عند سرعة معينة عندما تكون عجلات السيارة غير متوازنة
ج: لأنه عند تلك السرعة يصبح تردد دوران الاطار مساويا للتردد الطبيعي للسيارة ، مما يؤدي لحدوث حالة الرنين.
[ خصائص الموجات ]
س1: ما المقصود بالمصطلحات العلمية التالية
أ. الموجة : اضطراب يحمل الطاقة خلال الفراغ أو المادة دون أن تنتقل مادة الوسط ( وتتكون من عدة نبضات موجية)
ب. النبضة الموجية : اضطراب مفرد ينتقل خلال الوسط
ج- الموجة الدورية : هي موجات تتكرر بانتظام في أزمنة متساوية
س2: ما الفرق بين الموجات الميكانيكية والموجات الكهرومغناطيسية ؟ عدد بعض الأمثلة
| وجه المقارنة | الموجات الميكانيكية | الموجات الكهرومغناطيسية |
| التعريف | هي موجات تحتاج الى وسط مادي تنتقل فيه | هي موجات لا تحتاج الى وسط مادي تنتقل فيه |
| أمثلة | 1- موجات الماء في الوسط الناقل: الماء) 2- موجات الصوت ( الوسط الناقل: الهواء) 3. الموجات المنتقلة في الحيل ( الوسط الناقل: الحبال) 4- الموجات المنتقلة في نابض( الوسط الناقل: النابض) |
1- موجات الضوء 2۔ موجات الراديو 3-الأشعة السينية-X |
س4: علل، تعتبر موجات الصوت أحد أنواع الموجات الطولية
لأن جزيئات الوسط في موجات الصوت تهتز في اتجاه مواز لاتجاه انتشارها.
قياس الموجة
تعتمد بعض خصائص الموجات على كيفية توليدها ( المصدر وتعتمد الخصائص الأخرى على الوسط أو الأثنان معا
1- سرعة الموجة(v): هي المسافة و التي تقطعها الموجة خلال وحدة الزمن
- تعتمد سرعة الموجة الميكانيكية على الوسط التي تنتقل خلاله فقط ولا تعتمد على سعة الموجة أو ترددها
- تؤثر خصائص الوسط ( مثل الكثافة درجة الحرارة. ….) في سرعة الموجة
2- سعة الموجة (ِِِِِA): هي أقصى إزاحة للموجة عن موضع اتزانها.
- تعتمد سعة الموجه على المصدر ( أي كيفية توليدها) ولا تعتمد على الوسط ( أو سرعة الموجة).
- تنقل الموجة ذات السعة الكبيرة طاقة أكبر من التي تنقلها الموجة التي سعتها قليلة حيث تتناسب طاقة الموجة طرديا مع مربع السعة
(إذا زادت سعة الموجة للضعف فإن طاقة الموجة تزداد أربع أمثال)
3- الطول الموجي 
هو أقصر مسافة بين أي نقطتين بحيث يتكرر نمط الموجة نفسه أو المسافة بين قمتين متتاليتين أو قاعين متالين. • يعتمد الطول الموجي على المصدر والوسط معا۔
4- الطور :
- أي نقطتين في الموجة تكونان في الطور نفسه إذا كانت المسافة بينهما تساوd طولا موجيا واحدا أو مضاعفاته. وتكون لهما نفس الازاحة عن موضع الاتزان ونفس السرعة المتجهة. مثال : (قمة – قمة) – ( قاع- قاع)
- عندما تكون المسافة بين النقطتين نصف طول موجي تكون النقطتين مختلفتين في الطور بزاوية 180 درجة وتكون عندها النقطتين متعاكستين في الازاحة والسرعة المتجهة. مثال : ( قمة – قاع)
5- الزمن الدوري (T): هو الزمن اللازم للجسم المهتز حتى يكمل دورة كاملة.
يعتمد الزمن الدوري على المصدر فقط ولا يعتمد على الوسط الذي تنتقل خلاله (أو سرعة الموجة).
6- التردد (f): هو عدد الاهتزازات الكاملة التي يعمل الجسم المهتز في الثانية الواحدة ويقاس
بالهيرتز (Hz) أو ( اهتزازة / ثانية).
يعتمد التردد على المصدر فقط ولا يعتمد على الوسط الذي تنتقل خلاله ( أو سرعة الموجة).
[ سلوك الموجات ]
عندما تصل موجة إلى الحد الفاصل بين وسطين مختلفين فإنه :
- أ- ينعكس جزء منها للوسط نفسه (الانعكاس).
- ب – يمر الجزء الآخر خلال الحد الفاصل إلى الوسط الأخر و يتغير اتجاهه ( الانكسار).
الموجات عند الحواجز
عندما تتحرك نبضة من النابض ( الخيط الأكثر سمكا إلى النابض الأقل سمكا
فإن جزء من النبضة ينعكس (معتدلا)
والجزء الأخر ينتقل في النابض الأقل سمكا (معتدلا)
عندما تتحرك نبضة من النابض الخيط الأقل سمكا إلى النابض الأكثر سمكا
فإن جزء من النبضة ينعكس (مقلوبا)
والجزء الآخر ينتقل في النابض الأكثر سمكا (معتدلا)
عندما تتحرك نبضة باتجاه حائط صلب مصقول
تنعكس النبضة وتكون النبضة المنعكسة مقلوبة ومساوية تقريبا لسعة النبضة الساقطة
عندما يكون النابض متصلا بحلقة حرة الحركة حول قضيب
تكون النبضة المنعكسة معتدلة وتكون مساوية تقريبا لسعة الموجة الساقطة
