خصائص الحركة الموجية
|
انعكاس الموجات وانكسارها: هناك كثيراً من الظواهر حولنا تدل على انعكاس الضوء وانكساره ، فرؤيتك للأشياء حولك تدل على إنعكاس الضوء عن الاجسام ورؤية صورة الشمس والأشجار في المياه ناتجة أيضاًعن إنعكاس الشعة عن المياه، ورؤيتك للقمر مضاءاً ناتج عن انعكاس ضوء الشمس عنه،لاحظ المشاهد المتحركة المقابلة وغيرها الكثير من الظواهر. ورؤيتك للقلم في الشكل التالي كأنه مكسورا عند وضعه في كأس يحوي ماء ناتج عن ظاهرة إنكسار الضوء في المياه |
   |
|
تظهرُ خاصيتا انعكاسِ الموجاتِ وانكسارِها بوضوحٍ في كثيرٍ منَ الظواهرِ الصوتيةِ والضوئيةِ. إنَّ صدى الصوتِ الذي نسمعهُ بفارقٍ زمنيٍّ عنِ الصوتِ الأصليِّ ناتجٌ عنْ ظاهرةِ انعكاسِ موجاتِ الصوتِ عنْ جدارٍ أوْ جبلٍ أوْ أيِّ حاجزٍ آخرَ. وصُورُنا التي نراها في المرآةِ وزجاجِ النافذةِ والمسطحاتِ المائيةِ ناتجةٌ عنْ ظاهرةِ انعكاسِ موجاتِ الضوءِ عنِ السطوحِ الملساءِ العاكسةِ. كما أنَّ الموجاتِ التلفزيونيةَ التي ترسلُها الأقمارُ الصناعيةُ تنعكسُ عنْ أطباقٍ مقعرةٍ وتتجمعُ في جهازٍ صغيرٍ يلتقطُ تلكَ الموجاتِ، التي تحولُ في النهايةِ إلى صورٍ نشاهدُها على شاشةِ التلفازِ |
 |
.
|
انعكاسُ الموجةِ Wave reflection ظاهرة انعكاس الموجات من الظواهر الموجية المألوفة في حياتنا اليومية كما ذُكر سابقأ. وانعكاس الموجة هو عمليةُ سقوطِ الموجةِ على جسمٍ أوْ حاجزٍ ثمَّ ارتدادِها عنهُ باتجاهٍ مختلفٍ. وعند إرسالِ نبضةٍ موجيةٍ واحدةٍ خلالَ حبلٍ بعدَ تثبيتِ طرفهِ الثاني في جدار أوْ في مقبضِ البابِ، وإحداثِ اهتزازةٍ واحدةٍ في طرفهِ الحرِّ، فإنَّنا نلاحظُ أنَّ هذهِ النبضةَ ترتدُّ عنِ الجدارِ وتنتقلُ باتجاهٍ معاكسٍ منَ الجدارِ إلى الطرفِ الحرِّ للحبلِ، لاحظ المشهد الحركي المقابل الذي يمثل سقوط وارتداد النبضة بشكل مقلوب وباتجاه معاكس لاتجاه النبضة الساقطة في الحبل. وتفسير انعكاس النبضة بشكل مقلوب هو أثناء انتقال النبضةُ باتجاهِ اليمينِ، وعندَ اقترابِها منْ نقطة التثبيتِ على الجدارِ، فإنَّ الحبلَ يؤثرُ في الجدارِ بقوةٍ نحوَ الأعلى، وحسبَ القانونِ الثالثِ في الحركةِ لنيوتن، فإنَّ الجدارَ يؤثرُ في الحبلِ بقوة ردِّ فعلٍ نحوَ الأسفلِ، ويُحدِثُ فيهِ نبضةً جديدةً مقلوبة تنتقلُ عائدةً راجعةً نحوَ اليسارِ، وتنعكسُ موجاتُ سطحِ الماءِ الدائريةُ عنِ الحاجزِ على شكلِ أقواسٍ دائريةٍ يقعُ مركزُها الوهميُّ خلفَ الحاجزِ ، لاحظ المشهد المتحرك ( أ )، كذلك تنعكس موجات الماء المستقيمة، كما تشاهد في المشهد المتحرك (ب ) و ظاهر اتعكاس الموجات تحدث لجميع الموجات المستعرضة والطولية ( موجات الضوء ، موجات الصوت، موجات الزلازل، موجات في حبل ، ......... ) والموجة المنعكسة لها نفس التردد( تردد المصدر الموجات ) و الطول الموجي والسرعة ، وتختلف فقط في الاتجاه, حيث ترتد الموجات في نفس جهة الموجات الساقطة. , وانعكاس جميع الموجات تخضع لقانون الإنعكاس الأول: (زاوية السقوط = زاوية الانعكاس).
|
الشكل ( أ )
الشكل (ب ) |
|
انكسار الموجات:Refraction of Waves: هي ظاهرة انحرافُ اتجاهِ انتشارِ الموجاتِ عندَ اجتيازِها الحدَّ الفاصلَ بينَ وسطيْنِ مختلفيْنَ في خصائصهِما، ويؤدي وجودُ لوحِ زجاجٍ شفافٍ داخلَ الحوضِ إلى اختلافِ سمكِ الماءِ، وتكوَّنَ نتيجةَ ذلكَ وسطانِ مختلفانِ نتجَ عنهُما انكسارُ موجاتِ الماءِ، لاحظ المشهد الحركي المقابل، حيث هناك موجات مائية نحو اليمين وصادفت في طريقها وجود لوح زجاجي شفاف أحدث اختلاف في سمك عمق ( سمك ) الماء، أدى لحدوث انكسار للموجات داخل الماء الذي به اللوح الزجاجي وبشكل مائل نحو الأسفل. أيْ تغييرٌ في اتجاهِ انتشارِها. وويؤدي الانكسارُ الموجي في الوسط الثاني إلى اختلافِ الطولِ الموجيِّ والسرعة معَ بقاءِ الترددِ ثابتًا( تردد مصدر الموجات )، لا حظ في المشهد الحركي المقابل لنقصان في الطول الموجي، حيث يُمثل الطول الموجي بالمسافة بين خطين مضيئين أو خطين معتمين متجاورين. |
 |
|
تمرين محلول: في الشكلِ المقابل إذا كان الترددُ ( 8Hz)، وكانتِ المسافةُ بينَ كلِّ خطيْنِ مضيئيْنِ في الوسطِ الأولِ (5cm )، وفي الوسطِ الثاني ( 2cm). فأحسبُ سرعةَ الموجاتِ في كلًّ منَ الوسطيْنِ. الحل:
المسافة بين كل خطين مضيئين في الوسط (1) تمثل الطول الموجي ( ) = 0.05cm سرعة الموجات في الوسط الأول : المسافة بين كل خطين مضيئين في الوسط (2) تمثل الطول الموجي () = 0.03cm سرعة الموجات في الوسط الثاني : |
 |
|
التداخلُ والحيودُ Interference and Diffraction تامل المشهد المتحرك الشكل ( أ ) والذي يمثل مصدر واحد لموجات المياه دائرية باستخدام حوض الموجات، حيث تمثل الدوائر المضيئة قمم والدوائر المعتمة قيعان لموجات. وإذا تم إحداث مصدرين متقاربين بمسافة مناسبة لموجات المياه، وتلتقي موجتانِ أوْ أكثرُ في لحظةٍ واحدةٍ عندَ نقطةٍ محددةٍ، تُحدِثُ هذهِ الموجاتُ -مجتمعةً- إزاحة محصلةً لجزيئاتِ الوسطِ الذي تنتقلُ خلالهُ. وهذا ما يسمى بتداخل الموجات فالتداخلُ Interference : التقاءُ مساريْنِ منَ الحركةِ الموجيةِ بحيثُ ينتجُ عنِ التقاءِ القممِ والقيعانِ نمطٌ معين . وعندَما تلتقي موجتانِ متماثلتانِ لهُما الترددُ نفسهُ والطولُ الموجيُّ نفسهُ ومنِ النوعِ نفسهِ، فإنَّ عمليةَ التداخلِ تكونُ منتظمةً والمشهد الحركي المقابل شكل ( ب ) يبين نمطَ تداخلٍ منتظمٍ يتكوَّنُ عندَ التقاءِ موجاتٍ ناتجةٍ عنْ مصدريْنِ متجاوريْنِ ومتماثليْنِ على سطحِ الماءِ. عندما يتم التقاء قمة من موجة مع قمة للموجة الثانية أو قاع مع قاع يحصل إزاحة مضاعفة لجزيئات الماء وعندها يحصل نمط التداخل البناء، وحتى تتلاشى الإزاحةُ تمامًا عندَ التقاءِ قمةِ موجةٍ مع قاعِ موجةٍ أخرى يجبُ أنْ تكونَ الموجتانِ متساويتيْنَ في السعةِ وتكون الإزاحة المحصلة صفر فيتكون نمط التداخل الهدام. لاحظ في المشهد المقابل ( شكل ب ) يتكون مناطق تداخل بناء بتكون قمم وقيعان مضاعفة و نمط تداخل هدام، حيث يبدو سطح الماء ساكن. وإذا كانت الموجتان اللتان حصل بينهما تداخل لهما التردد والطول الموجي والسعة نفسها يحدث تم تداخل منتظم.
|
الشكل( أ ): مصدر موجي واحد
|
|
مبدأِ تراكُبِ الموجاتِ Priciple of Superposition of Waves ربَّما تسألُ كيفَ يحدثُ التداخلُ وما الذي يؤدي إلى ظهورِ هذا النمطِ المنتظمِ؟ تعودُ ظاهرةُ التداخلِ إلى إحدى الخصائصِ الموجيةِ التي تُعرَفُ بمبدأِ تراكُبِ الموجاتِ Priciple of Superposition of Waves وهوَ أنَّ الإزاحةَ الكليةَ التي تحدثُ لجزيئاتِ الوسطِ تساوي ناتجَ الجمعِ المتجهيِّ للإزاحاتِ الناتجةِ عنِ التقاءِ الموجاتِ عندَ النقطةِ نفسِها. كيفَ يحدثُ التراكبُ. لتوضيح عملية التراكب الموجات لاحظ الشكل المتحرك المقابل, الذي يبين مرورِ موجةٍ مستعرضةٍ في حبل أو نابض باتجاهِ اليمينِ، ومرورِ موجةٍ مستعرضةٍ أخرى في الحبل أو النابضِ نفسهِ باتجاهِ اليسارِ، فإنَّ الموجتيْنِ ستلتقيانِ في مكانٍ واحدٍ عندَ لحظةٍ زمنيةٍ معينةٍ، ويعملُ تأثيرُ الموجتيْنِ في دقائقِ الحبل أو النابض النابضِ عندَ لحظةِ التقائهِما بشكلٍ مشتركٍ فيظهرُ الحبل بصورةٍ مختلفةٍ ،عن أيٍّ منَ الموجتيْنِ، والنتيجةُ جمعُ التأثيرِ المشتركِ للموجتيْنِ معًا في جزيئاتِ الوسطِ الذي تنتقلُ خلالهُ. يحدثُ بينَ أي موجتيْنِ أوْ أكثرَ عندَ التقائِها مهما كانَ اتجاهُ كلٍّ منْها. لا حظ الأشكال المقابلة: الشكل ( أ ) المقابل يمثل قمتيْن تسيرانِ باتجاهيْنِ متعاكسيِنِ قبلِ التقائهِما، وعندَ حدوثِ التراكبِ ثمَّ بعدِ ابتعادهِما،لاحظْ أنَّهُ ينتجُ عنِ الأثرِ المشتركِ للقمتيْنِ لحظةَ تراكبهِما قمةٌ مضاعفةٌ، وينتجُ عنْ هذا التراكبِ تداخلٌ بنّاءُ .Constructive interference ويبينُ الشكلُ ( ب ) تراكبَ قمةٍ معَ قاعٍ ينتجُ عنهُ انعدامٌ للإزاحةِ، وتختفي الموجتانِ في لحظةِ تراكبهِما، ويُسمّى هذا التراكبُ: تداخلً هدّامًا Destructive interference، نلاحظُ منَ الشكلِ السابقِ أنَّ كلاًّ منَ الموجتيْنِ المتراكبتيْنِ بعدَ التراكبِ تعودُ إلى شكلِها السابقِ الذي كانتْ عليْهِ قبلَ التراكبِ وكأن شيئاً لم يحدث. ويُشترطُ لحدوثِ تراكبِ الموجاتِ أنْ تكونَ الموجتانِ منَ النوعِ نفسهِ، فلا يمكنُ أنْ يحدثَ تراكبٌ بينَ موجتيْنِ إحداهُما طوليةٌ والأخرى مستعرضةٌ، فلا يحدثُ بينَ موجةٍ صوتيةٍ وأخرى كهرمغناطيسيةٍ. |
الشكل( أ): تقابل قمتان والنتيجة قمة مضاعفة أو قاع مضاعف في حال تقابل قاعان( تداخل بناء )
الشكل(ب): تقابل قمة مع قاع وانعدام الإزاحة لحظة التراكب ( تداخل هدام) |
|
تحدثُ ظاهرةُ التداخلِ في جميعِ أنواعِ الموجاتِ، فموجاتُ الصوتِ تتداخلُ وتنشأُ عنْ تداخلِها أنماطٌ تتألفُ منْ مناطقَ تزدادُ فيها شدةُ الصوتِ، ومناطقَ أخرى ينخفضُ فيها الصوتُ. كما يمكنُ رؤيةُ بعضِ الأنماطِ الناتجةِ عنْ تداخلِ موجاتِ الضوءِ على غشاءِ فقاعةِ صابونٍ كما في الشكل ( أ ) المقابل، حيث يُظهر غشاء الفقاعة،ألوان ضوئية ومناطق معتمة ( تداخل هدام ). وهناكَ تجاربُ عمليةٌ تمكنُنا منْ رؤيةِ بعضِ أنماطِ التداخلِ لموجاتِ الضوءِ. يوضحُ الشكلُ ( ب ) تداخلَ موجاتِ ضوءِ الشمسِ بعدَ عبورهِ منْ شقيْنِ صغيريْنِ متجاورينِ، والخطوط المضيئة تمثل تداخل بناء يتخللها خطوط معتمة تمثل تداخل هدام. بينَما يُظهرُ الشكلُ ( جـ ) مشهداً متحركاً توضيحيًّا للتداخلِ الناتجِ عنْ ضوءِ ليزرَ عند مروره بعدة ألوان مرورهِ من شقيْنِ. ويكونُ نمطُ التداخلِ منتظمًا بحيثُ يكررُ نفسَهُ ( تداخل بناءاً يليه تداخل هدام بشكل متكرر). وذلك عندَما تكونُ الموجاتُ المتداخلةُ متساويةً في الطولِ الموجيَّ. يحدثُ التداخلُ أيضًا بينَ الموجاتِ التي لا تتساوى في الترددِ والطولِ الموجيِّ، أوْ أنَّها صادرةٌ عنْ مصدريْنِ غيرِ متماثليْنِ، لكنّ نمطَ التداخل لا يكونُ منتظمًا |
الشكل ( أ ): تداخل الضوء في فقاعة الصابون.
|
|
مثال محلول: بينَ الموجاتِ الصادرةِ عنِ السماعتيْنِ معًا، كما يبينُ الشكلُ المقابل. أحددُ نقاطَ التداخلِ البنّاءِ والهدّامِ، وأبيِّنُ ما يحدثُ للصوتِ عندَ كلٍّ منْها. الحلُّ: التداخلَ البنّاءَ،فبعضُها ناتجةٌ عنْ تقاطعِ خطيْنِ متصليْنِ (تضاغطٌ معَ تضاغطٍ)؛ فهيَ تمثلُ تضاغطًا مضاعفًا( تداخل بناء ) وبعضُ النقاطِ الحمراءِ الأخرى ناتجةٌ عنْ تقاطعِ خطيْنِ متقطعيْنِ تخلخلٌ معَ تخلخلٍ، فهيَ تمثلُ تخلخلً مضاعفًا( تداخل بناء )، وتكونُ شدةُ الصوتِ عندَ النقاطِ الحمراءِ جميعِها أكبرَ ما يمكنُ. النقاطُ الزرقاءُ جميعُها تبينُ التداخلَ الهدّامَ، فهيَ ناتجةٌ عنْ تقاطعِ خطٍّ متصلٍ معَ خطٍّ متقطعٍ )تضاغطٌ معَ تخلخلٍ، فهيَ تمثلُ انعدامًا للموجاتِ، أيِ اختفاءَ الصوتِ. |
 |
|
الحيودُ Diffraction منْ حوافِّ الحواجزِ، وهيَ ظاهرةٌ تحدثُ لمختلفِ أنواعِ الموجاتِ، مثلَ: موجاتِ الماءِ والصوتِ والضوءِ، وقدْ لاحظتَ حيودَ موجات الضوء بعد خروجها من الشقين الضيقين حيث حصل انحراف لمسار موجات الضوء عن المسار قبل عبور الشقين لاحظ المشهد المتحرك ( شكل أ ) أن نمط التداخل أقل وضوح، بسبب كون اتساع الفتحة أكبر من الطول الموجي. بينما في المشهد المتحرك ( شكل ب ) اتساع الفتحة قريباً من الطول الموجي ويكون الحيود أكثروضوحاً. |
الشكل أ: اتساع الفتحة أكبر من الطول الموجي
الشكل ب: اتساع الفتحة قريباً من الطول الموجي
|
|
نلاحظُ أحيانًا تكوُّنَ أهدابِ تداخلٍ مضيئةٍ وأخرى مظلمةٍ،وذلك عندَما ننظرُ إلى حاجزٍ يسقطُ عليهِ ضوءٌ صادرٌ عنْ فتحةٍ ضيقةٍ، وتكونُ هذهِ الأهداب ناتجةً عنْ حيودِ موجاتِ الضوءِ عندَ نفاذِها خلالَ هذهِ الفتحةِ أوْ بالقربِ منَ الحوافِّ الحادةِ للأجسامِ الصغيرةِ؛ فعندَ مرورِ الضوءِ خلالَ ثقبِ إبرةِ خياطةٍ مثلًاً ( لاحظ الشكل المقابل ) حيث تشاهد حيودَ ضوءٍ أحمرَ عندَ مرورهِ خلالَ ثقبِ إبرةِ خياطةٍ ( الشكل أ ) المقابل. كذلك بفعل ظاهرة حيود موجات الصوت يمكن سماع صوت معين حتى مع وجود حاجز بين مصدر الصوت والسامع، لاحظ الشكل ب المقابل.
|
الشكل أ : حيود موجات الضوء الأحمر خلال مرورها من فتحة ابرة خياطة
الشكل ب: حيود موجات الصوت |
|
الاستقطابُ Polarization الموجة الكهرمغناطيسيةَ موجة مستعرضة، تتألف منْ مركبتيْنِ متعامدتيْنِ إحداهُما ناتجةٌ عنِ اهتزازٍ في المجالِ الكهربائيِّ، والأخرى عنِ اهتزازٍ في المجالِ المغناطيسيِّ، وتتذبذب في جميع الاتجاهات ويقال أن هذه الموجة غير مستقطبة. وخاصيةُ الاستقطابِ ترتبط بالموجاتِ المستعرضةِ فقطْ، فهيَ تتعلقُ باتجاهِ اهتزازِ جزيئاتِ الوسطِ عندَما يكونُ متعامدًا معَ اتجاهِ انتشارِ الموجةِ. فالموجاتُ المستعرضةُ بجميعِ أنواعِها يمكنُ استقطابُها، في حينِ لا يمكنُ استقطابُ الموجاتِ الطوليةِ. ويعدُّ الاستقطابُ الذي نلاحظهُ لموجاتِ الضوءِ المرئيِّ دليلً على أنَّ الموجاتِ الكهرمغناطيسيةَ جميعَها مستعرضةٌ. في الموجاتِ المستقطبةِ يكونُ اهتزازُ جزيئاتِ الوسطِ في بُعدٍ واحدٍ يتعامدُ معَ اتجاهِ انتشارِ الموجةِ، بينَما في الموجاتِ غيرِ المستقطبةِ تهتزُّ هذهِ الجزيئاتُ في أبعادٍ عدَّةٍ جميعُها متعامدةٌ معَ اتجاهِ انتشارِ الموجةِ. لذلكَ يُعرَّفُ الاستقطابُ Polarization بأنَّهُ عمليةُ انتقاءِ موجةٍ مستعرضةٍ تُحدث اهتزازًا في جزيئاتِ الوسطِ في بُعدٍ واحدٍ فقطْ منْ بينِ حزمةِ موجاتٍ يكونُ الاهتزازُ فيها باتجاهاتٍ عدَّةٍ، جميعُها متعامدةٌ معَ اتجاهِ انتشارِ الموجاتِ. والضوء المستقطب إما أن يكون ذو استقطاب أفقي أو ذو استقطاب عمودي ( لاحظ الأشكال المقابلة ) ويتمُّ تحديدُ مستوى الاستقطابِ في الموجاتِ الكهرمغناطيسيةِ على أنَّهُ المستوى الذي يهتزُّ فيهِ المجالُ الكهربائيُّ فقطْ |
  |
|
هناك مصادر للضوء تكون مستقطبة مثل مصابيح الليزر ومصابيح (LED) وهناك مصادر غير مستقطبة مثل ضوء الشمس وضوء المصباح العادي، واستقطاب الضوء يخفف من الوهج الناتج عن الانعكاسات الكثيرة عن سطح الماء، والأرصفة، والمباني وغيرها. وأيضًا تُستخدَمُ بعضُ النظاراتِ الشمسيةِ التي تعملُ على استقطابِ الضوءِ لتخفيفِ شدةِ الأضواءِ المنعكسةِ عنِ الطرقِ والمسطحاتِ المائيةِ. لاحظ الأشكال المقابلة: الشكل أ: يمثل مصباح عاي يصدر ضوء غير مستقطب وبعد عبوره زجاج نظارة مُسْتَقْطِبَه رأسياً خرج ضوء مُستقطَب رأسياً الشكل ب: يوضح عملية استقطاب الضوء رأسياً من قبل نظارة مُسْتَقطِبَه بحيث تم حذف المركبة الأفقية لحماية العين من شدةِ الأضواءِ المنعكسةِ عنِ الطرقِ والمسطحاتِ المائيةِ. الشكل جـ : يوضح مصباح LED يصدر عنه ضوء أخضر مُسْتَقْطَب أتحقَّقُ: ما المقصودُ بعمليةِ استقطابِ الموجاتِ؟ ولماذا تُستقطَبُ موجاتُ الضوءِ، ولا تُستقطَبُ موجاتُ الصوتِ؟ الجواب: * استقطاب الضوء: عمليةُ انتقاءِ موجةٍ مستعرضةٍ تُحدث اهتزازًا في جزيئاتِ الوسطِ في بُعدٍ واحدٍ فقطْ منْ بينِ حزمةِ موجاتٍ يكونُ الاهتزازُ فيها باتجاهاتٍ عدَّةٍ، جميعُها متعامدةٌ معَ اتجاهِ انتشارِ الموجاتِ. * ظاهرة الاستقطاب تحدث فقط للموجات المستعرضة ولا تحدث في الموجات الطولية، فالضوء من الموجات المستعرضة لذلك يحدث له الاستقطاب ولا يحدث للموجات الصوتية الطولية |
الشكل أ: الضوء غير مستقب من مصباح عادي ثم تم استقطابه. الشكل ب: نظارة تعمل على استقطاب الضوء رأسياً
الشكل: ضوء مصباح LED مُستقطب |
|
تأثيرُ دوبلر Doppler Effect ناتجةٍ عنْ ترددِ هذا الصوتِ، وهوَ عددُ الموجاتِ الصوتيةِ الكاملةِ التي يصدرُها المنبهُ في الثانيةِ الواحدةِ, ويصلك بنفس سرعة الصوت في الهواء . لاحظ الشكل أ المقابل الذي يبين أن مصدر الصوت ( السيارة ) متوقف عن الحركة، ويصل الصوت إلى كل من الشخصين (1) و(2) بعدد الموجات نفسه في الثانية الواحدة. أي أن كل من السامعين يسمعان الصوت بنفس التردد الأصلي للمصدر الصوت. يوضح الشكل ب: حركة مصدر الصوت ( السيارة ) مقترباً من الشخص (1) أمام السيارة حيث تتقارب الموجات الواصلة له، أي يقل الطول الموجي ويزداد عدد الموجات في الثانية الواحدة،أي زيادة التردد وزيادة درجة الصوت، بالتالي يسمع هذا الشخص صوت المنبة بدرجة أعلى من مصدر الصوت الثابت نتيجة سماعه تردد ظاهري أكبر من تردد مصدار الصوت الأصلي. بينما يبتعد المصدر عن الشخص ( 2 ) الذي خلف السيارة، حيث تلاحظ نقصان عدد الموجات الواصلة له في الثانية الواحدة (أي نقصان كلاً من التردد و الدرجة ) بالتالي يسمع هذا الشخص صوت المنبة بردجة صوت أقل من درجة الصوت عندما يكون المصدر ثابت، أي يسمع السامع (2 ) الصوت بتردد ظاهري أقل من تردد مصدار الصوت الأصلي. أي أن كل من الشخصين يسمعان نفس مصدر الصوت بترددين ظاهريين مختلفتين،نتيجة حركة المصدر مقترباً من السامع (1 ) ومبتعداً عن السامع (2 )، أي كل من السامعين يسمعان نفس مصدر الصوت بترددين ظاهريين مختلفين يعتمد على اتجاه ومقدار الحركة النسبية بين السامع والمصدر. تُعرَفُ هذهِ الظاهرةُ بتأثيرِ دوبلر Doppler effect ، وهوَ التغيُّرُ الظاهريُّ في ترددِ الموجةِ نتيجةَ وجودِ حركةٍ نسبيةٍ بينَ مصدرِ الصوتِ والسامعِ. لا حظ المشهد المتحرك المقابل، وكفية تقارب الموجات ونقصان الطول الموجي وزيادة تردد ودرجةالصوت الواصل للسامع الذي يقترب المصدر نحوه، بينما يزداد الطول الموجي ويقل التردد والدرجة للصوت الواصل لسامع يبتعد عنه مصدر الصوت. مع ملاحظة أن سرعة الصوت الواصل لكل من الشخصين أمام وخلف السيارة هي تفسها، |
شكل جـ: ظاهرة تأثير دوبلر. |
|
تطبيقات على تأثير دوبلر: 1- الخفاش: يرسل الخفاش موجات فوق صوتية الى الفريسة وترتد عنها فيحدد موقعها، ويحدد سرعتها من فرق التردد بين الموجتين المرسلة والمنعكسة. 2- الرادار: نفس تقنية الخفاش ولكن الموجات المرسلة هي موجات كهرمغناطيسية قصيرة. 3-التصوير فوق الصوتي: هنا يتم استخدام موجات فوق صوتية لتصوير اماكن يصعب الوصول اليها مثل قيعان البحار ، وفي الطب لقياس سرعة الدم. 4- دراسة تطور الكون: لاحظَ علماءُ الفلكِ أنَّ كثيرًا منَ المجراتِ يميلُ طيفُها الضوئيُّ القادمُ إلى الأرضِ نحوَ اللونِ الأحمرِ؛ ما يعني أنَّ ترددَ الضوءِ الذي يصلُ منْها إلى الأرضِ أقلُّ منْ الترددِ الذي ترسلهُ، ولنْ يحدثَ هذا إلا عندَما يكونُ مصدرُ الضوءِ متحركًا بسرعةٍ كبيرةٍ مبتعدًا عنِ الأرضِ، حسبَ تأثيرِ دوبلر. وبذلكَ؛ افترضَ العلماءُ أنَّ مجراتِ الكونِ ما زالتْ تتحركُ مبتعدةً عنْ بعضِها منذُ بدءِ الكونِ، وتُعرَفُ هذهِ الفرضيةُ بتمددِ الكونِ. إذا ظهر أن طيف النجوم بعد تحليله ينزاح ( يميل ) نحو الطيف الأزرق، دل هذا على اقتراب نجوم المجرات تأمل الشكل (ب ) المقابل, |
الشكل أ : تأثير دوبلر والخفاش
الشكل ب: تحليل طيف النجوم في المجرات لدراسة تطور الكون. |
