گنج علوم


وبلاگی پر از مطالب مفید برای تیزهوشان


تدریس فصل 3 علوم دوم موج برای مدارس عادی


فیزیک فصل 3 - موج


دوره
را با نماد
T نشان داده می شود.

 

یکای اندازه گیری
دوره:
ثانیه (S).نکته: هر چه نوسانگر تندتر
نوسان کند، زمان هر نوسان آن کوتاه تر می شود
.بسامد: به تعداد نوسان هایی
که یک نوسانگر در مدت یک ثانیه انجام می دهد، بسامد یا فرکانس می گویند
.بسامد را با نماد f نشان می دهند.

 

یکای اندازه
گیری:
هرتز (Hz)نکته:
هر چه نوسانگری تندتر نوسان کند، زمان هر نوسان کم تر و بسامد آن بیش تر می
شود
.رابطه ی بین
دوره و بسامد: دوره و بسامد در حرکت نوسان ساده، وارون یکدیگرند
.


نکته 1: دوره ی نوسان آونگ
ساده: زمان یک نوسان کامل در آونگ ساده بستگی به طول آونگ و شتاب جاذبه در محل
دارد
.


نکته 2: دوره نوسان دستگاه
وزنه – فنر

دوره نوسان وزنه متصل به فنر به جرم وزنه وجنس فنر و ساختمان آن بستگی
دارد
.

m=
جرم
وزنه

k=
ثابت
فنر- ( به جنس فنر بستگی دارد

)
تولید
موج:
اگر سنگ کوچکی را در آب آرام استخر
یا برکه ای بیاندازد، در محل برخورد سنگ با آب، دایره ای تشکیل می شود که شعاع آن
به تدریج افزایش یابد، به عبارت دیگر در سطح آب «تک موجی» تشکیل می شود که به صورت
دایره به هم ی جهت ها منتشر می شود
.


اقسام موج: امواج را علاوه
بر دو حالت کلی مکانیکی و الکترو مغناطیسی به دو نوع طولی و عرضی نیز طبقه بندی می
شوند
.

 

1) امواج طولی:«موجی است که راستای
نوسان ذره های محیط، موازی با راستای انتشار موج، باشد

اگر چند حلقه از فنری را متراکم کنیم و یکبار آن را رها سازیم، مشاهده
خواهیم کرد که این حالت تراکم در طول فنر منتشر می شود حلقه های متراکم فنر پس از
آزاد شدن، در اثر نیروی برگرداننده ای که ایجاد شده منبسط می شوند و انبساط آن ها
سبب متراکم شدن تعدادی از حلقه های بعدی می شود. و این تراکم و انبساط در طول فنر
منتشر می شود
.راه
تشخیص موج طولی: وقتی موج طولی در فنر منتشر می شود، حلقه های فنر متناوبا به
یکدیگر نزدیک و یا از یکدیگر دور می شوند وقتی به یکدیگر نزدیک می شوند، حلقه های
متراکم شده و وقتی از یکدیگر دور می شوند حلقه ها انبساط پیدا می کنندو

«موج ها ی طولی در فنر
با همین تراکم و انبساط ها قابل تشخیص است


2) امواج
عرضی:
«موجی است که در آن امتداد ارتعاش و امتداد انتشار عمود
باشد

یک طرف ریسمان یا فنر بلندی را به
دیوار می بندیم و طرف دیگر آن را به دست می گیریم، به طوریکه ریسمان افقی قرار گیرد
اگر انتهای ریسمان را با یک تکان سریع کمی به بالا و پایین وضع تعادل به حرکت در
آوریم، یک تک موج در طول ریسمان منتشر می شود، به طوریکه هر نقطه از ریسمان پس از
دریافت موج به بالا و پایین حرکت می کند
.راه تشخیص موج
عرضی:
موج عرضی در طناب یا
فنر با قله ها و دره های ایجاد شده قابل تشخیص است
.

توجه: امواج عرضی نمی
توانند در گازها و مایعات منتشر شوند
.


چشمه ی موج: به جسمی که در
یک محیط موج ایجاد می کند، یک چشمه ی موج می گویند(مانند دیایازون
)جابه جایی موج در یک محیط را
انتشار موج می گویند. وقتی موج در یک محیط مثلا سطح آب یا در طول فنر منتشر می
شود،به هر ذره از محیط که می رسد آن ذره را وادار به حرکت نوسانی می کند، بدون آن
که ذره همراه موج از جایی به جای دیگر منتقل شود
.


ویژگی های موج:

هر موج دارای چهار ویژگی است:


1- سرعت
انتشار:
موج در هر محیط با سرعت
معینی منتشر می شود. سرعت انتشار در یک محیط به جنس و حالت محیط و شرایط فیزیکی آن
بستگی دارد
.


نکته: در محیطی که شرایط
فیزیکی در تمام جهات آن یکسان باشد(محیط همگن)، سرعت انتشار موج مقداری ثابت
است
.نماد سرعت
انتشار
:Vیکای
اندازه گیری: متر بر ثانیه

 

2- بسامد (فرکانس): تعداد نوسانهایی که نوسانگر در مدت یک ثانیه انجام می دهد.نماد فرکانس:fیکای اندازه
گیری:هرتز
Hz

 

3- طول موج:
فاصله ی هر دو برجستگی(قله ی موج) پیاپی، یا فاصله ی هر دو فرورفتگی(قعر موج) پیاپی
را طول موج می نامند
.طول موج را باλ
نشان می دهند.

 

m)یکای اندازه گیری: متر

 

 

4- دامنه موج:
حداکثر فاصله ای که مولکول ها از وضع تعادل خود می گیرند، دامنه ی موج نامیده می
شود و معمولا با حروف
A یا a نشان می دهند.

 

امواج مکانیکی
غیراز امواج طولی و عرضی، انواع دیگری از موج نیز دارند که عبارتند از
:1- موج پیچشی:

در موج طولی و عرضی مسیر هر ذره نوسانی یک
خط مستقیم است. در موج پیچشی مسیر هر ذره قوسی از یک دایره است. برای ایجاد یک موج
پیچشی در یک فنر باید سر فنر را به نقطه ای ثابت بسته و سر دیگر آن را در جهت عقربه
های ساعت و خلاف آن با یک حرکت نوسانی منظم به چرخش در آوریم. در این صورت همه نقاط
فنر حول محور آن دارای حرکت تناوبی خواهند شد و موج پیچشی در فنر منتشر می شود. در
این حالت راستای انتشار و ارتعاش دقیقا مشخص نیست
.

 

2- امواج ایستاده:

اگر سیمی را به دو نقطه A و B محکم ببندیم و به آن ضربه ای بزنیم
موجی ایجاد شده و پس از برخورد به مانع در خلاف جهت اول بر می گردد و در طول سیم
تعدادی گره و شکم ایجاد می شود که به آن موج ایستاده یا ساکن می
گوییم

مثال: امواج صوتی در تارهای مرتعش و لوله های
صوتی
امواج مسطح و کروی:
امواج را می توان، بسته به محیط
انتشار آن ها، به امواج یک بعدی، دو بعدی و سه بعدی طبقه بندی کرد
.در طناب و فنر، موج در بعد
طولی، و بر سطح آب، موج در بعدهای طول و عرضی و در فضا موج در سه امتداد متفاوت،
انرژی منتشر می کنند
.اگر موج در فضا منتشر شود، نقاط مختلف فضا تحت تاثیر انرژی امواج قرار
می گیرند. اگر شعاع های موج موازی باشند و موج در یک محیط همگن منتشر شود، موج مسطح
خواهد بود و چنانچه موج در یک نقطه تولید شود و در محیط سه بعدی همگن انتشار یابد،
شعاع های موج، شعاع های واگرا خواهند بود و موج کروی خواهیم داشت
.


 

4- موج پلاریزه:

اگر ارتعاشات در یک راستای ثابت صورت
گیرد، به طوری که راستای انتشار و راستای ارتعاش در یک صفحه ثابت قرار داشته باشد،
موج را پلاریزه می گویند
.معادله ی موج: در مثلث موج انگشت خود را روی کمیتی که می خواهید حساب کنید قرار دهید
و عمل ریاضی باقیمانده را انجام دهید
.

 

مثال: یک خواننده نتی را با
فرکانس 256هرتز می خواند. اگر سرعت صوت در هوا 340 متر بر ثانیه باشد، طول موج این
نت را محاسبه کنید
.


پاسخ: ابتدا انگشت خود را بر
روی
λ
قرار دهید، سپس عمل ریاضی باقی مانده (تقسیم) را
انجام دهید
.


موج و انرژی
:

موج ها با خود انرژی حمل می کنند یعنی با
حرکت خود، انرژی را از ذره ای به ذره ی دیگر انتقال می دهند
.به عبارت دیگر، ذره های محیط با حرکت
نوسانی خود، انرژی را ذره به ذره در محیط پیش می برند
.

 

آب لرزه
(سونامی
):
گاهی در اثر وقوع زمین لرزه در بستر اقیانوسها یا آتش فشان ها و
لغزش های بزرگ زیر دریا، امواج بسیار پر قدرتی به وجود می آیند که به آن آب لرزه یا
سونامی
(Tsunami) می گویند. این امواج در اثر حرکت ناگهانی مقدار زیادی آب در امتداد
قائم به وجود می آیند و با سرعتی بسیار زیادتر از موج های سطح آب، منتشر می
شوند
.


موج های صوتی:هر صوتی دارای انرژی است و
به صورت موج از چشمه های صوت انتشار می یابد. موج های صوتی از نوع امواج طولی
هستند
.موج صوتی
را باید توسط یک جسم مرتعش تولید کرد. به هرجسمی که صوت تولید می کند، چشمه صوت می
گویند
.حنجره
انسان یک چشمه ی صوت است. با عبور دادن هوا از حنجره، تارهای صوتی آن را به ارتعاش
در می آورد. وارتعاش تارهای صوتی صوت را به وجود می آورد. در واقع ارتعاش تارهای
صوتی به مولکولهای هوا انرژی منتقل می کند و موج صوتی تولید می شود
.


نکته: سرعت صوت در جامدها
بیش تر از مایعات و در مایعات بیش تر از گازهاست، هر چه ماده متراکم تر باشد، سرعت
صوت در آن بیش تر است. در مواد جامد مولکول ها نسبت به گازها به یکدیگر نزدیک ترند
و در نتیجه سرعت صوت در آن ها بیش تر است
.

 

موج های صوتی را
برحسب بسامد آن ها به سه گروه تقسیم می کنند
.

 


1- صوت:

به موج های صوتی که بسامد آن ها در حدود
20 تا 20000 نوسان در ثانیه باشد، صوت می گویند
.برای آنکه صوتی روی گوش انسان اثر
بگذارد و شنیده شود، باید بسامد آن در این محدوده باشد، به این محدوده، محدوده ی
شنوایی انسان گفته می شود
.

 

2- فرو صوت:

صوت هایی که بسامد آن ها کم تر از 20 هرتز
باشد، فروصوت گفته می شود
.

 

3- فرا صوت:

صوت هایی که بسامد آن ها از 20000هرتز بیش
تر باشد، فراصوت گفته می شود
.
کاربردهای
فراصوت
:
1- 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
.
2-
از
فراصوت در جستجوی تومورها و دیگر عوامل غیر طبیعی حفره شکمی و بررسی قلب استفاده می
شود
.
3-
امواج
فرا صوت می توانند دستگاههای پزشکی و دندانپزشکی را تمیز کنند
.
4-
از یک باریکه ی پر انرژی
فراصوت برای بریدن بافتهای بدن استفاده می شود
.

 

در
صنعت
:

یک باریکه ی فراصوت می تواند شکاف های
ظریف (باریک) فلزات، آسفالت جاده ها یا لاستیک را آشکار سازد
.

زمین شناسان باریکه ای از امواج فراصوت را
به درون زمین می فرستند و با بررسی پژواک ها، می توانند به نوع سنگ ها و مواد کانی
زیر زمینی پی ببرند. همچنین می توانند با مطالعه پژواک های فراصوت، در مورد احتمال
وجود نفت در لایه های زیر زمین نظر بدهند
.





نویسنده : سروش بدری ; ساعت ٩:٤۱ ‎ق.ظ روز ۱۳٩٠/۱٠/۱٩