موج

برای درک بهتر مفهوم موج بهتر است ابتدا با حرکت نوسانی آشنا شویم .

حرکت نوسانی

تعریف حرکت نوسانی : به حركت هاي رفت و برگشتي، مثل حركت آونگ، حركت نوساني مي گويند.
 نوسانگر : جسم در حال نوسان را نوسانگر مي گويند. مانند آونگ درحال نوسان . 

دوره (T): در حركت نوساني به مدت زماني كه طول مي كشد تا نوسانگر يك نوسان كامل انجام مي دهد، دوره مي گوييم.

بسامد ( فرکانس ) : به تعداد نوسان هایی که یک نوسانگر در مدت زمان یک ثانیه انجام می دهد . بسامد یا فرکانس می گویند .

* واحد اندازه گیری بسامد هرتز ( HZ ) می باشد .

مثلا وقتی می گوییم فرکانس یا بسامد یک موج 520 هرتز است ، منظور ما این است که این موج در هر ثانیه 520 بار نوسان می کند . به عبارتی دیگر 520 بار حرکت رفت و برگشتی را انجام می دهد .

* یادمان باشد که هر رفت و برگشت یک نوسان به شمار می آید .

فرمول محاسبه ی بسامد :

در فرمول بالا f بسامد و T دوره می باشد .

* با توجه به فرمول که برای محاسبه ی بسامد کافی است دوره را معکوس کنیم .

حالا می توانیم موج را تعریف کنیم :

تعریف موج : به هر آشفتگی که در محیط کشسان منتشر می‌شود و اغلب حامل انرژی است موج می‌گویند.

* فضا و فضازمان محیط های انتشار امواج هستند .

* موج ها به دو دسته ی اصلی تقسیم می شوند : امواج مکانیکی و  امواج الکترو مغناطیسی

امواج الکترومغناطیسی

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

امواج مکانیکی نوعی از امواج هستند که فقط در یک محیط مادی منتشر می‌شوند. انتشار این گونه امواج به دلیل نیروهای داخلی در محیط در اثر تغییر شکل ایجاد شده (آشفتگی) می‌باشد. این نیروها تمایل به بازگرداندن محیط به حالت اولیه را دارند. بعضی از انواع امواج مکانیکی 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.

طول موج

طول موج به فاصله بین دو قله متوالی موج (یا بین هر دو نقطه تکراری موج که شکل یکسان دارند) گفته می‌شود و آن را با نشان می‌دهند. برای دو موجی که دارای سرعت یکسان باشند، موجی که دارای فرکانس بالاتری است طول موج کوتاه‌تر دارد و موجی که فرکانس پایین‌تری دارد، طول موج بلندتری دارد.

سرعت انتشار موج

موج در هر محیط ، با سرعت معینی منتشر می شود که به آن سرعت انتشار می گوئیم .
* سرعت انتشار موج در یک محیط به جنس و دیگر مشخصات آن محیط بستگی دارد. مثلاً سرعت انتشار موج بر سطح آب حدود ۵ متر بر ثانیه است.                                                                                 

در موارد خاص که امواج الکترومغناطیسی از خلا عبور می‌کنند،v=c  که در آن c برابر سرعت نور در خلا است و این عبارت به صورت زیر در می‌آید:

 مشخصات موج :

معمولا هر موجی را با استفاده از مشخصات آن می توانیم معرفی کنیم .

مشخصات موج عبارتند از : سرعت انتشار موج ، بسامد (فرکانس ) و طول موج

 رابطه ی میان طول موج ، بسامد و سرعت انتشار موج :

  امواج صوتی  

  مواج صوتی ، امواج مکانیکی طولی هستند. این فیزیک امواج می‌توانند در جامدات ، مایعات و گازها منتشر شوند. ذرات مادی منتقل کننده این فیزیک امواج ، در راستای انتشار موج نوسان می‌کنند.

* دیاپازون وسیله ایی است که از آن در آزمایشگاه علوم برای تولید موج صوتی استفاده می کنیم .

 شکل زیر یک دیاپازون را نشان می دهد .

امواج مکانیکی طولی در گستره وسیعی از بسامدها به وجود می‌آیند و در این میان بسامدهای فیزیک امواج صوتی در محدوده‌ای قرار گرفته‌اند که می‌توانند گوش و مغز انسان را برای شنیدن تحریک کنند.

این محدوده تقریبا از 20 هرتز تا حدود 20000 هرتز است و محدوده ی شنوایی نامیده می‌شود.  امواج مکانیکی طولی را که بسامدشان زیر گستره شنیده شدنی باشد امواج فروصوت ، و آنهایی که بسامدشان بالای این گستره باشد ، امواج فراصوت گویند.

کاربردهای فراصوت:

. امروزه فرا صوت و استفاده آن در صنعت پزشکی اهمیت بسیار دارد. به عنوان مثال در پزشکی از فراصوت برای بررسی جنین در بدن مادر و اطلاع از وضعیت و اطمینان از سلامتی آن استفاده می شود.

. از فراصوت در جستجوی تومورها و دیگر عوامل غیر طبیعی حفره شکمی و بررسی قلب استفاده می شود.

. امواج فرا صوت می توانند دستگاههای پزشکی و دندانپزشکی را تمیز کنند.
. از یک باریکه ی پر انرژی فراصوت برای بریدن بافتهای بدن استفاده می شود.

 گوش انسان توان شنیدن چنین اصواتی را ندارد. برخی حیوانات توان شنیدن فروصوت و فراصوت را دارند. 

بسامد یک ویژگی فیزیکی صوت است زیرا به‌کمک لوازم الکترونیکی می‌توان آن را اندازه گرفت. در مقابل، بسامد در گوش ما به عنوان یک اثر کیفی است به طوری که با آن زیر و یا بمی صدا را تشخیص می‌دهیم. یک صدای خالص با بسامد کم ( طول موج زیاد ) به عنوان صدای بم و صدای دیگر با بسامد زیاد ( طول موج کم ) به عنوان صدای زیر شنیده می‌شود .

سؤال

چه حیواناتی قادر به شنیدن امواج فراصوت و فروصوت هستند؟

حیوانات از از صوتها چه استفاده هایی می کنند؟

برخی حیوانات نیزاز قبیل فیلها، نهنگ ها، دلفین‌ها و خفاش‌ها از امواج فروصوت برای برقراری ارتباط از راه دور استفاده می کنند.

فراصوت در موشها: وقتى حرف آواز خواندن به میان مى آید معمولاً آواز پرندگان، نهنگ ها و آدم ها بیش از همه جلب توجه می کند . اما پژوهش جدیدى نشان مى دهد که موش ها را هم بایستى در همان حد و اندازه هابه این فهرست افزود. اکنون مدتى است که پژوهشگران مى دانند موش هاى نر هنگامى که بانشانه هایى از موش هاى ماده در نزدیکى خود مواجه مى شوند، آواهاى فراصوتى از خود سرمى دهند.

* خفّاش‌ها با اصوات شکار خود را شناسایی و جهت یابی می‌کنند.

و در پایان شکل زیر امواج الکترو مغناطیسی را به ترتیب افزایش بسامد از چپ به راست نشان می دهد .

                                       پایان                                                    ادیب پورعبیات