العلاقة بين الطول الموجي والتردد

الموجات

يُمكن تعريف الموجات بأنّها اضطرابات في دقائق المادة، وأكثر الأمواج شيوعًا هي الموجات السطحية التي تنتقل على الماء، ويظهر كل من الصوت والضوء وحركة الجسيمات دون الذرية خصائص تشبه الموجة، وفي أبسط الأمواج يتذبذب الاضطراب دوريًا بتردد ثابت وطول موجي، وتحتاج الموجات الميكانيكية مثل الصوت إلى وسيلة تمكنها من الانتقال عبرها أما الموجات الكهرومغناطيسية فلا تحتاج إلى وسط تنتقل فيه فهي تنتشر من خلال الفراغ، ويوجد نوعان للموجات موجات طولية وموجات عرضية، وتشبه الموجات العرضية تلك التي تكون على الماء، أما الأمواج الطولية فتشبه الموجات الموجودة في الصوت، وتسمى المسافة بين قمتين أو قاعين لموجتين متتاليتين طولًا موجيًا، أما ارتفاع الموجة فيسمى بالسعة، أما سرعة الموجة فنعبر عنها بضرب الطول الموجي في التردد، ويمكن للموجات أن تنتقل إلى مسافات كبيرة جدًا على الرغم من أن التذبذب يكون عند نقطة واحدة صغيرة.^[١] ويُمكن تعريف الطّول الموجي والتّردد كما يأتي:^[٢]

• التردد: يعرف التردد على أنه عدد تذبذبات الموجة لكل وحدة زمنية ويقاس بالهرتز(Hz)، ويمكن للبشر سماع الأصوات التي تتراوح تردداتها بين 20 إلى 20 ألف هرتز وتعرف الأصوات ذات الترددات الموافقة لمدى الأذن البشرية بالموجات فوق الصوتية وتعرف الأصوات ذات الترددات الأقل من النطاق المسموع باسم الصوت تحت الصوتي .
• الطول الموجي: وهو المسافة التي تفصل بين الوحدات الموجية المتماثلة المتشابهة ويعني أنه المسافة التي تفصل بين الأطوار المتشابهة قمة مع قمة أو قاع مع قاع.

العلاقة بين الطول الموجي والتردد

يرتبط التردد مع الطول الموجي بعلاقة عكسية؛ أي إنه كلما زاد طول الموجة ينخفض التردد نظرًا لأن تردد الفوتون أو الموجة الكهرومغناطيسية يتناسب طرديًا مع طاقة الفوتون أو الموجة، فكلما زاد تردد الفوتون أو الموجة زادت طاقة الفوتون أو الموجة، ولهذا السبب فإن الضوء الأزرق صاحب الطول الموجي الأقل في الطيف المرئي يكون أكثر نشاطًا من الضوء الأحمر صاحب أطول طول موجي، وتعرف العلاقة بيت التردد الذي هو عدد قمم الموجة التي تمر في نقطة معينة في مدة زمنية معينة وطول الموجة للموجات الكهرومغناطيسية بواسطة الصيغة (c = λ f)، والرمز (c) هو سرعة الضوء أما (λ) فهو الطول الموجي بالأمتار أما (f) فهو يساوي التردد في الدورة لكل ثانية من الزمن، وعلى سبيل المثال فإن أعلى طاقة لطول موجي اكتشفتها عين الإنسان عامة تحدد من خلال العلاقة التي ذكرناها (c = λ f ) ونجد التردد من خلال (f = c / λ) ويصبح التردد يساوي (التردد = سرعة الضوء وهي (3*10^8) على الطول الموجي وهو (3.8*10^(-7) ) والنتيجة هي 7.9*10^14 هرتز لتردد الموجة .^[٣]

الطيف الكهرومغناطيسي

يتكون الطيف الكهرومغناطيسي من جميع الأطوال الموجية المختلفة للإشعاع الكهرومغناطيسي بما في ذلك الضوء والأشعة السينية والأمواج الراديوية، فهي سلسلة متصلة من الأطوال الموجية من الصفر إلى ما لا نهاية ويقسم الطيف الكهرومغناطيسي إلى عدة أقسام حسب طولها الموجي وهي:^[٤]

• أشعة غاما: وهي صاحبة أقل طول موجي يصل إلى أقل من 0.001 نانومتر وهو تقريبا بحجم نواة الذرة، وهي الأكثر ترددًا والأكثر نشاطًا في الطيف الكهرومغناطيسي، ويمكن أن تنتج أشعة غاما من خلال التفاعلات النووية وتحدث أيضًا في النجوم النابضة والكوازارات والثقوب السوداء .
• الأشعة السينية: يتراوح طولها الموجي بين 0.001 إلى 10 نانومتر وهي تقريبا بحجم الذرة، وتتولد الأشعة السينية عن طريق الغاز من النجوم المتفجرة والكوازارات إذ تتراوح درجات الحرارة بين مليون إلى 10 ملايين درجة حرارة مئوية .
• الأشعة فوق البنفسجية: الأشعة فوق البنفسجية يتراوح طولها الموجي بين 10 إلى 400 نانو متر وهي تقريبا بحجم الفايروس، وتنتج الأشعة فوق البنفسجية من النجوم الحديثة والساخنة وتنتشر في الفضاء بين النجوم .
• الضوء المرئي: ويتراوح طوله الموجي بين 400 إلى 700 نانومتر، ينبعث هذا الضوء من أشعة الشمس ويمكن للعين البشرية أن تراه وهي ألوان قوس قزح، هذا الجزء الصغير من الطيف الكهرومغناطيسي هو الجزء الوحيد الذي تتحسسه العين البشرية .
• الأشعة تحت الحمراء: يتراوح طولها الموجي بين 700 نانومتر إلى 1 مليمتر، وتشعها أجسامنا بكثافة تبلغ ذروتها بالقرب من 900 نانومتر .
• موجات الراديو: طولها الموجي أكثر من 1 مليمتر وهي أطول الموجات وأقل الموجات طاقة وتوجد هذه الموجات في كل مكان .

سلوك الموجات

عندما تواجه الموجات وسطًا جديدًا أو حاجزًا أو موجات أخرى فهي تتصرف بطرق مختلفة، وفي الفيزياء توصف هذه السلوكيات باستخدام بعض المصطلحات وهي:^[٥]

• الانعكاس: نستخدم في حياتنا اليومية هذا المصطلح لوصف ما نراه على المرآة أو على سطح الماء، وفي الفيزياء يكون الانعكاس عندما تواجه الموجة وسطًا جديدًا، مما يؤدي إلى عودة الموجة إلى الوسط الأصلي، وتعكس الموجة بنفس زاوية سقوط الموجة على الحاجز.
• الانكسار: يحدث الانكسار للموجة عندما تغير الموجة اتجاهها وذلك عند انتقالها من وسط إلى آخر، وإلى جانب تغير الاتجاه فإن الانكسار يؤدي أيضًا إلى حدوث تغيير في الطول الموجة وسرعة الموجة، ويعتمد مقدار التغير في الموجة بسبب الانكسار على معامل الانكسار في الوسط الذي تسقط عليه، وعند إدخال ضوء أبيض في المنشور فإن الأطوال الموجية المختلفة للضوء تنكسر ويقسم الضوء إلى طيف من الألوان.
• الانحراف: يحدث الانحراف للموجة عندما تظل في الوسط نفسه ولكنها تنحني حول جسم ما، ويمكن أن يحدث الانحراف عندما تصادف الموجة جسمًا صغيرًا في مسارها أو عندما تمر الموجة من خلال فتحة صغيرة، ومن الأمثلة عليها عند اصطدام موجة مائية بالقارب فتنحني حول القارب وتتغير أو تتشتت الأمواج بعد القارب.
• الاستقطاب: يحدث الاستقطاب عندما تتأرجح الموجة في اتجاه واحد معين، وغالبًا ما تستقطب الموجات الضوئية باستخدام مرشح الاستقطاب، كما لا يمكن استقطاب الموجات الطولية كالصوت لأنها دائما تنتقل في نفس اتجاه الموجة.
• الامتصاص: يحدث الامتصاص عندما تتلامس الموجة مع وسط فتتعرض جزيئات الوسط للاهتزاز والحركة، فيمتص هذا الاهتزاز بعض الطاقة بعيدًا عن الموجة وينعكس قدر أقل من الطاقة، ومن الأمثلة عليه الرصيف الأسود الذي يمتص الطاقة من الضوء ويصبح ساخنًا بسبب امتصاصه للموجات الضوئية وينعكس القليل من الضوء مما يجعل الرصيف يبدو أسود بينما سيعكس الشريط الأبيض مقدارًا أكبر من الضوء ويمتص مقدارًا أقل من الضوء ولذلك سيكون الشريط الأبيض أقل حرارة من الأسود.
• التداخل: عندما تتلامس موجتان مع بعضهما فإن هذا يسمى تداخلًا، وبالتالي فإن الموجة الناتجة من هذا التداخل ستكون لها سعة تساوي مجموع الأمواج المتداخلة مع بعضها.

المراجع

1. ↑ "Wave", britannica, Retrieved 2019-11-13. Edited.
2. ↑ "Frequency And Wavelength", byjus, Retrieved 2019-11-13. Edited.
3. ↑ "Optics Wavelength, Frequency, And The Speed Of Light", science.jrank, Retrieved 2019-11-13. Edited.
4. ↑ "Star Light, Star Bright Teacher Page: Science Background", amazingspace, Retrieved 2019-11-13. Edited.
5. ↑ "Wave Behavior", ducksters, Retrieved 2019-11-13. Edited.