موج عرضی[1]: نوسانی عمود بر مسیر
موج چیست؟ پیش از پرداختن به موج عرضی
به زبان ساده، موج روشی برای انتقال انرژی از یک نقطه به نقطه دیگر است، بدون آنکه جرم خالصی جابهجا شود. تصور کنید سنگی را در آب آرام یک برکه میاندازید. حلقههای موج ایجادشده انرژی حاصل از برخورد سنگ را به بیرون منتقل میکنند، اما یک تکه چوب شناور روی آب فقط بالا و پایین میرود و به سمت کناره حرکت نمیکند. این انتقال انرژی بدون انتقال ماده، ماهیت اصلی یک موج است.
تعریف دقیق موج عرضی و اجزای تشکیلدهنده آن
در یک موج عرضی، ذرات یا اجزای محیط[5]، در راستایی عمود (قائم) بر جهتی که موج در آن حرکت میکند، به بالا و پایین یا چپ و راست نوسان میکنند. برای تجسم این موضوع، یک طناب بلند را در نظر بگیرید که یک سر آن به دیوار بستهاید و سر دیگر را در دست دارید. اگر دست خود را به سرعت یک بار به بالا و پایین تکان دهید، یک "برآمدگی" در طناب ایجاد میشود که به سمت دیوار میدود. در این حالا، هر نقطه از طناب (ذرات طناب) فقط عمود بر راستای حرکت موج (به سمت دیوار) بالا و پایین میروند.
| مفهوم | تعریف | نماد و واحد |
|---|---|---|
| قله[6] | بیشترین نقطه جابهجایی ذره از وضعیت تعادل به سمت بالا (یا مثبت). | - |
| قعر[7] | بیشترین نقطه جابهجایی ذره از وضعیت تعادل به سمت پایین (یا منفی). | - |
| دامنه[8] | بیشترین جابهجایی ذره از وضعیت تعادل. نشاندهنده انرژی موج است. | A (متر - m) |
| طول موج[9] | فاصله بین دو نقطه مشابه و پشت سر هم روی موج (مثلاً دو قله پیاپی). | λ (لامبدا - متر) |
| تناوب[10] | زمان لازم برای تکمیل یک نوسان کامل توسط یک ذره. | T (ثانیه - s) |
| فرکانس[11] | تعداد نوسانات کامل یک ذره در هر ثانیه. معکوس تناوب است. | f (هرتز - Hz) |
رابطه بین فرکانس، تناوب و سرعت موج[12] با فرمولهای زیر بیان میشود:
که در آن v سرعت انتشار موج است.
موج عرضی در مقابل موج طولی: یک مقایسه اساسی
برای درک عمیقتر موج عرضی، مقایسه آن با نوع اصلی دیگر امواج یعنی موج طولی ضروری است. تفاوت اصلی در جهت نوسان ذرات نسبت به جهت حرکت موج است.
| ویژگی | موج عرضی | موج طولی |
|---|---|---|
| جهت نوسان ذرات | عمود بر جهت انتشار موج | موازی با جهت انتشار موج |
| الگوی موج | قله و قعر (کوه و دره) | تراکم[13] و انبساط[14] |
| نیاز به محیط مادی | الزامی نیست (در خلأ هم منتشر میشود) | حتماً نیاز به محیط مادی (گاز، مایع، جامد) دارد |
| مثالهای آشنا | امواج روی طناب، امواج نور، امواج سطح آب (ترکیبی)، امواج رادیویی | امواج صوتی، امواج در فنر فشردهشونده، برخی از امواج زمینلرزه (P) |
| قطبش[15] |
دارد
میتواند در یک صفحه خاص نوسان کند. |
ندارد
نوسان در راستای انتشار است. |
کاربردهای موج عرضی: از نور خورشید تا شبکههای وایفای
موجهای عرضی فقط یک مفهوم تئوری نیستند، بلکه پایه و اساس فناوریهای مدرن و پدیدههای طبیعی اطراف ما هستند. در این بخش به مهمترین کاربردهای آن میپردازیم.
۱. نور و بینایی: نور نوعی موج الکترومغناطیسی و یک موج عرضی خالص است. نوسان میدانهای الکتریکی و مغناطیسی در آن عمود بر جهت حرکت نور است. همین خاصیت عرضی بودن به نور امکان میدهد تا قطبش پیدا کند. عینکهای آفتابی پولاروید با استفاده از این خاصیت، نورهای مزاحم بازتابیده از سطوح را حذف میکنند.
۲. ارتباطات از راه دور: امواج رادیویی، مایکروویو و حتی سیگنالهای Wi-Fi و تلفن همراه همگی امواج الکترومغناطیسی و از نوع عرضی هستند. ماهوارهها با ارسال و دریافت این امواج، اطلاعات را در سراسر کره زمین منتقل میکنند.
۳. پزشکی و تصویربرداری: برخی از تکنیکهای پیشرفته تصویربرداری پزشکی مانند MRI[16] بر پایه برهمکنش امواج رادیویی (عرضی) با اتمهای بدن کار میکنند.
۴. امواج سطح آب (تقریبی): اگرچه حرکت مولکولهای آب در امواج عمق دریا دایرهای است، اما امواج روی سطح آب در نگاه اول شبیه موج عرضی به نظر میرسند. ذرات آب تقریباً عمود بر جهت انتشار موج (به سمت ساحل) بالا و پایین میروند.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاسخ: خیر. این یک تفاوت عمده موج عرضی (از نوع الکترومغناطیسی) با موج طولی است. امواج الکترومغناطیسی مانند نور میتوانند در خلأ کامل فضا هم منتشر شوند. به همین دلیل است که نور خورشید به زمین میرسد. اما امواج عرضی مکانیکی (مثل موج در طناب) به محیط نیاز دارند.
پاسخ: موج صدا یک موج طولی است. تفاوت در ماهیت و نیاز محیطی آنهاست. نور (عرضی) برای انتشار به محیط نیاز ندارد و از خلأ هم میگذرد، اما مواد کدر مانند دیوار، ذراتی دارند که نور را جذب یا بازتاب میکنند. صدا (طولی) برای انتشار حتماً به یک محیط مادی نیاز دارد. دیوار خود به عنوان یک محیط جامد، میتواند ارتعاشات صوتی (تراکم و انبساط مولکولها) را از یک طرف به طرف دیگر منتقل کند.
پاسخ: قطبش به محدود شدن جهت نوسان موج در یک صفحه خاص گفته میشود. از آنجا که در موج عرضی، نوسان ذرات عمود بر جهت حرکت است، میتواند در صفحات مختلفی (مثلاً عمودی، افقی یا مایل) اتفاق بیفتد. اگر این نوسان را فقط به یک صفحه محدود کنیم، موج قطبیده شده است. در موج طولی، نوسان در راستای انتشار است و تنها یک جهت ممکن دارد، بنابراین مفهوم قطبش برای آن معنا ندارد.
پاورقی
[1] Transverse Wave
[2] Light Waves
[3] Electromagnetic Waves
[4] Longitudinal Wave
[5] Medium
[6] Crest
[7] Trough
[8] Amplitude
[9] Wavelength
[10] Period
[11] Frequency
[12] Wave Speed
[13] Compression: ناحیهای که ذرات به هم فشرده میشوند.
[14] Rarefaction: ناحیهای که ذرات از هم دور میشوند.
[15] Polarization
[16] Magnetic Resonance Imaging: تصویربرداری تشدید مغناطیسی
