مذكرة الإهتزازات والموجات فيزياء صف عاشر متقدم فصل ثاني

مذكرة الإهتزازات والموجات فيزياء صف عاشر متقدم فصل ثاني

[ الاهتزازات والموجات ]

الحركة الاهتزازية :
هي حركة جسم حول نقطة ثابتة . أي حركة الجسم على جانبي نقطة ثابتة تسمى موضع الاستقرار . كما يطلق على هذا النوع من الحركات بالحركة الدورية . ذلك لأنها تتكرر خلال فترات زمنية متساوية . ويطلق أيضا عليها مسمى الحركة التوافقية البسيطة

تعريف الحركة الدورية :
هي الحركة التي تكرر نفسها في فترات زمنية متساوية
أمثلة : حركة بندول ساعة – حركة جسم معلق في نابض – حركة أوتار آلة موسيقية

تعريف الحركة التوافقية البسيطة :
هي الحركة التي تحدث عندما تتناسب القوة التي تعيد الجسم إلى موضع الإتزان طرديا مع إزاحة الجسم . مثل حركة البندول البسيط

الكميات المؤثرة في الحركة الاهتزازية ( التوافقية البسيطة ) :

(1) الزمن الدوري (T):
هو الزمن المنقضي لعمل اهتزازة كاملة
هو الزمن اللازم لمرور جسم مهتز بنقطة واحدة مرتين متتاليتين وفي نفس الاتجاه

(2) سعة الاهتزازة (A) :
هي أقصى إزاحة للجسم بعيدا عن موضع سكونها ( موضع الاستقرار – الاتزان )

قانون هوك :
نص قانون هوك:
القوة التي يؤثر بها نابض تساوي حاصل ضرب ثابت النابض في مقدار الاستطالة أو الانضغاط

الاستطالة :
مقدار الزيادة أو النقص في طول الزنبرك ويرمز له

عند الموضعين الأيمن والأيسر :
تكون القوة المحصلة والتسارع أكبر ما يمكن وتكون السرعة المتجهة تساوي صفر.

عند موضع الاتزان :
كلا من القوة المحصلة المؤثرة في الجسم والتسارع يساوي صفر والسرعة المتجهة أكبر ما يمكن

الزمن الدوري للبندول البسيط (T):
هو الزمن الازم للمرور بنقطة واحدة مرتين متتاليتين في نفس الاتجاه

يمكن حساب الزمن الدوري من القانون التالي :

يعتمد الزمن الدور للبندول البسيط على عاملين هما :

1. عجلة الجاذبية
2. طول الخيط
   كما لا يعتمد على كتلة البندول او سعة الاهتزازة

الرنين :

شروط حدوث الرنين :
(1) تأثير قوة صغيرة في جسم مهتز
(2) تزويد القوة للجسم المهتز بالطاقة في فترات زمنية متساوية
(3) تكون الفترة الزمنية الفاصلة بين تطبيق القوة على الجسم مساوية للزمن الدوري للحركة

نتائج حدوث الرنين :
زيادة سعة اهتزازة الحركة

أمثلة على الرنين :

1. تحرير إطارات سيارة مغروزة في الرمال
2. القفز المتواتر على منصات السباحة
3. الآلات الموسيقية لتضخيم الصوت
4. الساعات لزيادة القة في الساعات لزيادة القة

تعريف الموجه :
اضطراب يحمل الطاقة خلال الفراغ أو المادة دون أن تنتقل مادة الوسط ( .وتتكون من عدة نبضات موجية)

أنواع الموجات

• موجات ميكانيكية
• موجات كهرومغناطيسية

سرعة الموجة  ( 𝝑 )
تتوقف سرعة الموجة على عدة عوامل منها

1. زمن استمرار الموجة
2. المسافة التي تقطعها الموجة
3. التردد f
4. الطول الموجي 𝜆

وحدة قياس سرعة الموجة هي  m / s

سعة الموجة (A):
تعرف سعة الموجة بأنها ( أقصى إزاحة للموجة عن موضع الاتزان ” الاستقرار “)

العوامل المؤثرة على سعة الموجة :

1. تعتمد سعة الموجة على المصدر (أي كيفية توليدها ) ولا تعتمد على الوسط (أو سرعة الموجة.)
2. تنتقل الموجة ذات السعة الكبيرة بطاقة أكبر من التي تنقل بها الموجة ذات السعة القليلة حيث تتناسب طاقة الموجة طرديا مع مربع السعة. (إذا زادت سعة الموجة للضعف فإن طاقة الموجة تزداد أربع أمثال)

الطول الموجي ( 𝛌 ) :
هناك أكثر من تعريف الطول الموجي . سوف نستعرض هنا جميع التعريفات الخاصة بالطول الموجي مع الشرح

1. هو أقصر مسافة بين أي نقطتين يتكرر نمط الموجه نفسه . المقصود بنمط الموجه هو ( موضع واتجاه النقطتين )
2. المسافة بين مركزي تضاغطين متتاليين أو مركزي تخلخلين متتاليين ( الموجات الطولية )
3. المسافة بين قمتين متتاليتين أو قاعين متتاليين ( الموجات المستعرضة )
4. المسافة بين نقطتين متتاليتين لهما نفس الطور ( يصلح لجميع الموجات )
   المقصود بالطور هو ( موضع النقطتين واتجاه حركتهما)

الزمن الدوري (T):

1. هو الزمن اللازم لعمل اهتزازة كاملة ( طول موجي كامل )
2. هو الزمن اللازم للسرور بنقطة واحدة مرتين متتاليتين في نفس الاتجاه
3. هو الزمن المنقضي بين نقطتين لهما نفس الطور

التردد (𝒇):
هو عدد الاهتزازات الكاملة التي يعملها الجسم المهتز في الثانية الواحدة ويقاس بالهيرتز ( Hz/S )

 العوامل المؤثرة على التردد : 
يعتمد التردد على المصدر فقط ولا يعتمد على الوسط الذي تنتقل خلاله ( أو سرعة الموجة.)

العلاقة بين التردد والزمن الدوري :

العلاقة بين الطول الموجي والتردد و السرعة :

صدى الصوت :
هو ارتداد الصوت نتيجة لاصطدامه بحاجز

خصائص صدى الصوت :

1. الزمن اللازم لسماع صدى الصوت هو ضعف الزمن اللازم لقطع الصوت المسافة من المصدر إلى الحاجز
2. المسافة المحسوبة عن طري صدى الصوت هي ضعف المسافة بين المصدر والحاجز

سلوك الموجات
عندما تصل موجة إلى الحد الفاصل بين وسطين مختلفين في الكثافة فإنها :

1. ينعكس جزء منها يرتد في نفس الوسط ( ويسمى ذلك بانعكاس الموجات )
2. تعبر بعض الموجات الحد الفاصل بين الوسطين منحرفة عن مسارها المستقيم ( ويسمى ذلك بانكسار الموجات )

أنواع التداخل

التداخل الهدام

• تام
• غير تام

أولا : التداخل الهدام التام :

شرط حدوثه :
يحدث عندما تكون سعة الموجتين متساويتين ويكون مقدار الازاحة أو سعة الموجة الناتجة تساوي صفرا. وتتكون عندها نقاط تسمى العقد N .

العقدة : هي النقطة التي عندها تكون سعة الموجة الناتجة من تراكب N : موجتين = صفر، وهي نقاط لا تتحرك مطلقا

ثانيا : التداخل الهدام غير التام :

شرط حدوثه : يحدث عندما تكون سعة الموجتين غير متساويتين

 

ثالثا : التداخل البناء 

شرط حدوثه :
1- ينتج من تراكب موجتين أو أكثر
2- أن تكون ازاحات الموجات في الاتجاه نفسه

نتائج حدوث التداخل البناء :

1- تكون سعة النبضة الناتجة أكبر من سعة أي من النبضتين
2- ينتج عن تلاقي النبضتين نقطة ( تسمى البطون A )

الموجة المستقرة :
هي الموجة التي تبدو ساكنة . وهي عبارة عن تداخل موجتين تتحركان في اتجاهين متعاكسين

شرط حدوث الموجة المستقرة :

1. تساوي الزمن الدوري مع زمن حدوث موجة أو اهتزازة كاملة ذهابا وإيابا
2. تردد الموجة المنعكسة وسعتها تساوي تردد وسعة الموجة الساقطة
3. تكون عقد وبطون
4. عند مضاعفة تردد الاهتزاز تزداد العقد والبطون

أنواع الموجات حسب طريقة انتشارها 

• الموجات في بعد واحد مثل الموجات التي تنتشر في حبل أو سلسلة معدنية
• الموجات في بعدين مثل الموجات التي تنتشر على سطح الماء
• الموجات في ثلاثة أبعاد مثل الموجات التي تنتشر في الفراغ الضوء – الصوت

أشكال الموجات

• موجات دائرية مثل الموجات الناتجة عن سقوط حجر في الماء وهي عبارة عن دوائر متحدة المركز
• موجات مستوية مثل الموجات الناتجة عن لمس سطح الماء بحافة مسطرة وهي عبارة عن خطوط مستقيمة متوازية

انعكاس الموجات في بعدين :
عند سقوط موجات على سطح عاكس فإنها تنعكس باتجاه محدد تبعا لقانون الانعكاس

قانون الانعكاس :
زاوية السقوط = زاوية الانعكاس

مصطلحات مهمة :
أ ) زاوية السقوط : هي الزاوية المحصورة بين الشعاع الساقط والعمود المقام من نقطة السقوط على السطح العاكس.
ب ) زاوية الانعكاس : هي الزاوية المحصورة بين الشعاع المنعكس والعمود المقام من نقطة السقوط على السطح العاكس
جـ ) العمود المقام: الخط المتعامد مع الحاجز عند نقطة السقوط

انكسار الموجات في بعدين :
عندما تنتقل الموجات بين وسطين مختلفين فأنها تنكسر عند السطح الفاصل.
الانكسار: التغير في اتجاه انتشار الموجات عند الحد الفاصل بين وسطين مختلفين.