فصل سوم




















Blog . Profile . Archive . Email  


ارشمیدس

فيزيك فصل 3 - موج

 

 

 

حركت نوساني و امواج

امواج حامل انرژي هستند، زيرا وقتي به ذره‌هاي محيط مي‌رسند آنها را از وضع تعادلشان خارج مي‌كنند. انرژي امواج بستگي به دامنه‌ي امواج و بسامد چشمه‌ي موج دارد.در انتشار امواج مكانيكي در يك محيط، دو نوع حركت مشاهده مي‌شود. يكي انتشار موج كه در صورت همگن بودن با سرعت ثابت انجام مي‌گيرد و ديگري حركت نوساني ذره‌هاي محيط حول وضع تعادلشان.

 

 

 

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

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

 



دوره را با نماد T نشان داده مي شود.

يكاي اندازه گيري دوره: ثانيه (S).
نكته: هر چه نوسانگر تندتر نوسان كند، زمان هر نوسان آن كوتاه تر مي شود.
بسامد: به تعداد نوسان هايي كه يك نوسانگر در مدت يك ثانيه انجام مي دهد، بسامد يا فركانس مي گويند.
بسامد را با نماد f نشان مي دهند.

يكاي اندازه گيري: هرتز (Hz)
نكته: هر چه نوسانگري تندتر نوسان كند، زمان هر نوسان كم تر و بسامد آن بيش تر مي شود.
رابطه ي بين دوره و بسامد: دوره و بسامد در حركت نوسان ساده، وارون يكديگرند.

 


نكته 1: دوره ي نوسان آونگ ساده: زمان يك نوسان كامل در آونگ ساده بستگي به طول آونگ و شتاب جاذبه در محل دارد.

 



نكته 2: دوره نوسان دستگاه وزنه ? فنر
دوره نوسان وزنه متصل به فنر به جرم وزنه وجنس فنر و ساختمان آن بستگي دارد.

 

 


m= جرم وزنه
k= ثابت فنر- ( به جنس فنر بستگي دارد )

توليد موج: اگر سنگ كوچكي را در آب آرام استخر يا بركه اي بياندازد، در محل برخورد سنگ با آب، دايره اي تشكيل مي شود كه شعاع آن به تدريج افزايش يابد، به عبارت ديگر در سطح آب ?تك موجي? تشكيل مي شود كه به صورت دايره به هم ي جهت ها منتشر مي شود.

 


اقسام موج: امواج را علاوه بر دو حالت كلي مكانيكي و الكترو مغناطيسي به دو نوع طولي و عرضي نيز طبقه بندي مي شوند.

1) امواج طولي: ?موجي است كه راستاي نوسان ذره هاي محيط، موازي با راستاي انتشار موج، باشد.?
اگر چند حلقه از فنري را متراكم كنيم و يكبار آن را رها سازيم، مشاهده خواهيم كرد كه اين حالت تراكم در طول فنر منتشر مي شود حلقه هاي متراكم فنر پس از آزاد شدن، در اثر نيروي برگرداننده اي كه ايجاد شده منبسط مي شوند و انبساط آن ها سبب متراكم شدن تعدادي از حلقه هاي بعدي مي شود. و اين تراكم و انبساط در طول فنر منتشر مي شود.
راه تشخيص موج طولي: وقتي موج طولي در فنر منتشر مي شود، حلقه هاي فنر متناوبا به يكديگر نزديك و يا از يكديگر دور مي شوند وقتي به يكديگر نزديك مي شوند، حلقه هاي متراكم شده و وقتي از يكديگر دور مي شوند حلقه ها انبساط پيدا مي كنندو
?موج ها ي طولي در فنر با همين تراكم و انبساط ها قابل تشخيص است.?

 


2) امواج عرضي: ?موجي است كه در آن امتداد ارتعاش و امتداد انتشار عمود باشد.?
يك طرف ريسمان يا فنر بلندي را به ديوار مي بنديم و طرف ديگر آن را به دست مي گيريم، به طوريكه ريسمان افقي قرار گيرد اگر انتهاي ريسمان را با يك تكان سريع كمي به بالا و پايين وضع تعادل به حركت در آوريم، يك تك موج در طول ريسمان منتشر مي شود، به طوريكه هر نقطه از ريسمان پس از دريافت موج به بالا و پايين حركت مي كند.
راه تشخيص موج عرضي: موج عرضي در طناب يا فنر با قله ها و دره هاي ايجاد شده قابل تشخيص است.

توجه: امواج عرضي نمي توانند در گازها و مايعات منتشر شوند.


چشمه ي موج: به جسمي كه در يك محيط موج ايجاد مي كند، يك چشمه ي موج مي گويند(مانند ديايازون)
جابه جايي موج در يك محيط را انتشار موج مي گويند. وقتي موج در يك محيط مثلا سطح آب يا در طول فنر منتشر مي شود،به هر ذره از محيط كه مي رسد آن ذره را وادار به حركت نوساني مي كند، بدون آن كه ذره همراه موج از جايي به جاي ديگر منتقل شود.


ويژگي هاي موج:

 هر موج داراي چهار ويژگي است:


  1- سرعت انتشار: موج در هر محيط با سرعت معيني منتشر مي شود. سرعت انتشار در يك محيط به جنس و حالت محيط و شرايط فيزيكي آن بستگي دارد.


نكته: در محيطي كه شرايط فيزيكي در تمام جهات آن يكسان باشد(محيط همگن)، سرعت انتشار موج مقداري ثابت است.
نماد سرعت انتشار:V
يكاي اندازه گيري: متر بر ثانيه

  2- بسامد (فركانس): تعداد نوسانهايي كه نوسانگر در مدت يك ثانيه انجام مي دهد.
نماد فركانس:f
يكاي اندازه گيري:هرتز Hz

  3- طول موج: فاصله ي هر دو برجستگي(قله ي موج) پياپي، يا فاصله ي هر دو فرورفتگي(قعر موج) پياپي را طول موج مي نامند.
طول موج را با
λ نشان مي دهند.

يكاي اندازه گيري: متر(m)


 

 

*2- در كدام يك از شكل‌هاي زير طول موج درست تعريف نشده است؟

 


 
4- دامنه موج: حداكثر فاصله اي كه مولكول ها از وضع تعادل خود مي گيرند، دامنه ي موج ناميده مي شود و معمولا با حروف A يا a نشان مي دهند.

 

مشخصات امواج

يك متن درباره ي نقشه مفهومي زير بنويسيد.

امواج مكانيكي غيراز امواج طولي و عرضي، انواع ديگري از موج نيز دارند كه عبارتند از:
1- موج پيچشي:

 در موج طولي و عرضي مسير هر ذره نوساني يك خط مستقيم است. در موج پيچشي مسير هر ذره قوسي از يك دايره است. براي ايجاد يك موج پيچشي در يك فنر بايد سر فنر را به نقطه اي ثابت بسته و سر ديگر آن را در جهت عقربه هاي ساعت و خلاف آن با يك حركت نوساني منظم به چرخش در آوريم. در اين صورت همه نقاط فنر حول محور آن داراي حركت تناوبي خواهند شد و موج پيچشي در فنر منتشر مي شود. در اين حالت راستاي انتشار و ارتعاش دقيقا مشخص نيست.

2- امواج ايستاده:

 اگر سيمي را به دو نقطه A و B محكم ببنديم و به آن ضربه اي بزنيم موجي ايجاد شده و پس از برخورد به مانع در خلاف جهت اول بر مي گردد و در طول سيم تعدادي گره و شكم ايجاد مي شود كه به آن موج ايستاده يا ساكن مي گوييم.
مثال: امواج صوتي در تارهاي مرتعش و لوله هاي صوتي


3- امواج مسطح و كروي:
امواج را مي توان، بسته به محيط انتشار آن ها، به امواج يك بعدي، دو بعدي و سه بعدي طبقه بندي كرد.
در طناب و فنر، موج در بعد طولي، و بر سطح آب، موج در بعدهاي طول و عرضي و در فضا موج در سه امتداد متفاوت، انرژي منتشر مي كنند.
اگر موج در فضا منتشر شود، نقاط مختلف فضا تحت تاثير انرژي امواج قرار مي گيرند. اگر شعاع هاي موج موازي باشند و موج در يك محيط همگن منتشر شود، موج مسطح خواهد بود و چنانچه موج در يك نقطه توليد شود و در محيط سه بعدي همگن انتشار يابد، شعاع هاي موج، شعاع هاي واگرا خواهند بود و موج كروي خواهيم داشت.



4- موج پلاريزه:

 اگر ارتعاشات در يك راستاي ثابت صورت گيرد، به طوري كه راستاي انتشار و راستاي ارتعاش در يك صفحه ثابت قرار داشته باشد، موج را پلاريزه مي گويند.
معادله ي موج: در مثلث موج انگشت خود را روي كميتي كه مي خواهيد حساب كنيد قرار دهيد و عمل رياضي باقيمانده را انجام دهيد.

 

مثال: يك خواننده نتي را با فركانس 256هرتز مي خواند. اگر سرعت صوت در هوا 340 متر بر ثانيه باشد، طول موج اين نت را محاسبه كنيد.



پاسخ: ابتدا انگشت خود را بر روي 
λ  قرار دهيد، سپس عمل رياضي باقي مانده (تقسيم) را انجام دهيد.


موج و انرژي :

 موج ها با خود انرژي حمل مي كنند يعني با حركت خود، انرژي را از ذره اي به ذره ي ديگر انتقال مي دهند.
به عبارت ديگر، ذره هاي محيط با حركت نوساني خود، انرژي را ذره به ذره در محيط پيش مي برند.

آب لرزه (سونامي):
گاهي در اثر وقوع زمين لرزه در بستر اقيانوسها يا آتش فشان ها و لغزش هاي بزرگ زير دريا، امواج بسيار پر قدرتي به وجود مي آيند كه به آن آب لرزه يا سونامي (Tsunami) مي گويند. اين امواج در اثر حركت ناگهاني مقدار زيادي آب در امتداد قائم به وجود مي آيند و با سرعتي بسيار زيادتر از موج هاي سطح آب، منتشر مي شوند.

 

 

 

ارتعاش را مي‌توان براي نشان دادن عيب ماشين‌ها به كار برد

در يك ماشين پيچيده، منابع بسياري براي توليد ارتعاش وجود دارند. مهندسي كه مي‌داند يك ماشين چه ارتعاش‌هايي بايد توليد كند، مي‌تواند قبل از اين كه ماشين دچار نقص شود، عيب آن را شناسايي كند. اگر در بررسي ماشين، ارتعاشي غير معمولي كه در حال پيشرفت است، مشاهده شود، مي‌توان آن را نشانة نقص دانست. كنترل مداوم مقادير ارتعاش، به اين معني است كه مي‌توان تعميرات كمتري انجام داد. با اين روش در وقت صرفه‌جويي مي‌شود.

 

ارتعاش موجب فرونشستن مي‌شود

يك توده‌‌ي ماسه با تكان دادن ظرف آن، سريع‌تر فرومي‌نشيند. هنگامي كه روي جاده‌ها شن‌ريزي مي‌شود، براي استقرار شن‌ها، از ارتعاش استفاده مي‌شود. ولي به آساني نمي‌توان زمين را به لرزه درآورد! پس وزنه‌اي مرتعش را روي شن‌هاي كه شل و نامنظم روي هم قرار گرفته‌اند، مي‌كشند. اين موجب مي‌شود كه سطح جاده صاف شود و دانه‌هاي شن به طور فشرده و يكنواخت در كنار هم قرار گيرند.
فرونشستني كه هنگام حمل‌و‌نقل اجناس در اثر ارتعاش رخ مي‌دهد، باعث مي‌شود هنگامي كه پاكتي را كه در كارخانه پرشده است؛ در خانه باز مي‌كنيد، پر به نظر نرسد. روي پاكت‌هاي غلات معمولا" اين توضيح را نوشته‌اند. براي حصول اطمينان از نبودن هوا درون بتون نيز، از ارتعاش استفاده مي‌شود.
براي ساختن بتون تقويت شده، بتون تازه به داخل قالب‌هايي كه داراي ميل‌هاي فولادي است، سرازير مي‌شود و بسيار مهم است كه بتون تمام اطراف ميله‌ها را فراگيرد. ميلة مرتعشي را درون بتون مي‌گذارند. ارتعاش اين ميله 200
Hz است كه معمولا" به وسيله ي موتورهاي بنزيني يا هواي فشرده ايجاد مي‌شود. ارتعاش باعث مي‌شود كه بتون اطراف ميله‌ها را پر كند.

 

 

موج ماده را با خود حمل نمي‌كند

اگر يك طناب و با يك فنر لول را از سمتي به سمت ديگر تكان دهيد، يك رشته تپ(پالس) در طول آن به حركت درمي‌آيد. هنگامي كه موج از طول طناب مي‌گذرد، تمام نقاط طناب بالا و پايين مي‌روند. موجي با يك تپ مشاهده اين عمل را آسان‌تر مي‌سازد.
طناب يا فنر، همراه با موج حركت نمي‌كنند و پس از اين كه موج عبور كرد، هنوز در جاي خود هستند چيزي كه در طول طناب حركت مي‌كند، انرژي است. امواج انرژي را از محلي به محل ديگر انتقال مي‌دهند. موج يك طناب يا فنر يك موج مكانيكي است. امواج مكانيكي مواد را آشفته مي‌كنند. ذرات مواد به نوسان درمي‌آيند. ذرات نوسانگر انرژي را در بين خود منتقل مي‌كنند. اين ذرات ممكن است ذرات يك جسم جامد، مايع و يا گاز باشند.

 

در امواج عرضي، ذرات عمود بر مسير حركت موج، حركت مي‌كنند

هنگامي كه موجي را در طول يك طناب يا يك فنر مي‌فرستيد، يك موج عرضي توليد مي‌كنيد. ذرات عمود بر جهت حركت موج حركت مي‌كنند. هنگامي كه ذرات طناب بالا و پايين مي‌روند، موج از طول طناب مي‌گذرد. زماني كه موج از طناب عبور مي‌كند، هر ذره از حالت سكون خارج مي‌شود و دوباره به آن حالت برمي‌گردد. ذرات در راستاي جهت موج حركت نمي‌كنند.
در امواج طولي، ذرات در جهت موج حركت مي‌كنند.
اگر يك فنر لول را تكان دهيد، مي‌توانيد ‌تپي را در طول آن به وجود آوريد. اگر قطعة كوچكي از فنر لول رنگي به رنگ روشن درآيد، مي‌تواند حركت موج را بهتر نشان دهد. هنگام عبور تپ، پيچه‌هاي فنر رو به جلو و عقب، در طول فنر، نوسان مي‌كنند. پيچه‌ها به محل اصلي خود برمي‌گردند. موجي از فنر مي‌گذرد، ولي هر يك از پيچه‌ها باز به همان جايي برمي‌گردند كه قبلا" قرار داشتند. اين مثالي از يك موج طولي است. در يك موج طولي ذرات در جهت حركت موج نوسان مي‌كنند.


موج هاي صوتي:
هر صوتي داراي انرژي است و به صورت موج از چشمه هاي صوت انتشار مي يابد. موج هاي صوتي از نوع امواج طولي هستند.
موج صوتي را بايد توسط يك جسم مرتعش توليد كرد. به هرجسمي كه صوت توليد مي كند، چشمه صوت مي گويند.
حنجره انسان يك چشمه ي صوت است. با عبور دادن هوا از حنجره، تارهاي صوتي آن را به ارتعاش در مي آورد. وارتعاش تارهاي صوتي صوت را به وجود مي آورد. در واقع ارتعاش تارهاي صوتي به مولكولهاي هوا انرژي منتقل مي كند و موج صوتي توليد مي شود.

 


نكته: سرعت صوت در جامدها بيش تر از مايعات و در مايعات بيش تر از گازهاست، هر چه ماده متراكم تر باشد، سرعت صوت در آن بيش تر است. در مواد جامد مولكول ها نسبت به گازها به يكديگر نزديك ترند و در نتيجه سرعت صوت در آن ها بيش تر است.

 

سرعت صوت در ماده‌هاي مختلف

 

دما Oo

سرعت m/s

گازها

 اكسيژن
هوا
هوا
نيتروژن
هليم

0
0
20
0
0

 316
331
343
334
965

مايع‌ها

 جيوه
آب
آب دريا

 25
25
25

1450
1498
1531

جامدها

 سرب
طلا
آهن
شيشه

-
-
-
-

 2100
3000
6000-5000
6000-5000

 

 

 

امواج فرو سرخ (گرمايي) گسيل شده از بدن انسان

 

 

آلودگي صوتي

آيا اصطلاح «آلودگي صوتي» را شنيده‌ايد؟ در اين باره با دوستان خود بحث كنيد. مثال‌هايي از آلودگي صوتي بزنيد. آيا در محيط مدرسه يا محل سكونت شما آلودگي صوتي وجود دارد؟ در اين زمينه مي‌توانيد مقاله‌اي تهيه كنيد و آن را در نشريه يا روزنامه ديواري مدرسه خود به چاپ برسانيد.

 

 

كاربرد امواج الكترومغناطيسي

1. ارتباط تلفن بين شهري
از بعضي امواج الكترومغناطيسي براي برقراري مكالمه‌هاي تلفني بين شهرها استفاده مي شود. اين امواج بسيار بيش تر از سيم مي توانند مكالمه‌ها را برقرار كنند.
2. ارتباط ماهواره اي
بـرخي از ايـن امواج مي تـوانند تصاوير تلـويزيوني را توسط مـاهواره‌ها بين كشورهاي مختلف انتقـال دهند .ماهواره‌ها اين امواج را دريافت مي كنند و پيش از آن كه آن‌ها را براي آنتن‌هاي گيرنده درزمين ارسال كنند، تقويت مي كنند. به اين ترتيب، تمام دنيا تحت پوشش تلويزيوني زنده قرار گرفته است.
3. پخت وپز
در اجاق‌هاي مخصوص، نوعي از اين امواج براي پختن غذا استفاده مي شود. با اين امواج غذاهـا با سرعـت پخته مي شوند. اگرمغز و ديگر اندام‌هاي داخلي ما درمعرض اين نوع موج قرار گيرند، پخته مي شـوند. ايـن امواج را بادقت بايد به كار برد.

 

 

سرعت صوت

سرعت انتشار موج در يك محيط مثل طناب به ويژگي‌هاي محيط انتشار موج (كشش طناب و جرم وا حد طول آن) بستگي دارد. سرعت صوت نيز به ويژگي‌هاي فيزيكي محيطي كه صوت در آن منتشر مي شود وابسته است. صوت علاوه بر گازها در مايعات و جامدات نيز منتشر مي شود. سرعت انتشار صوت در مواد مختلف در جدول زير داده شده است.
 

سرعت صوت در ماده‌هاي مختلف

 

نظرات شما عزیزان:
نام :
آدرس ایمیل:
وب سایت/بلاگ :
متن پیام:
:) :( ;) :D
;)) :X :? :P
:* =(( :O };-
:B /:) =DD :S
-) :-(( :-| :-))
نظر خصوصی

 کد را وارد نمایید:

 

 

 

عکس شما

آپلود عکس دلخواه:





نوشته شده در یک شنبه 10 بهمن 1389برچسب:,ساعت 22:43 توسط امیرحسین نیک نفس| |


Power By: LoxBlog.Com