درسنامه آموزشی فیزیک (3) دوازدهم علوم تجربی

دنیای ما پر از نوسان است. ضربان قلب انسان، تاب خوردن، بالا و پایین رفتن سرنشینان کشتی روی امواج خروشان دریا و زمین لرزه نمونه‌هایی از این دست هستند (شکل 3-1). مطالعه و کنترل نوسان‌ها در سامانه‌های مختلف دو هدف اصلی فیزیک‌دان‌ها و مهندسان است. در این فصل نوعی از نوسان موسوم به نوسان دوره‌ای و نمونه‌ای مشهور از این نوع نوسان‌ها به نام حرکت هماهنگ ساده را بررسی می‌کنیم. در ادامه با پدیدهٔ تشدید و سپس با موج و انواع آن آشنا می‌شویم و آنگاه به موج‌های عرضی و طولی می‌پردازیم. نمونه‌ای از موج‌های عرضی که در این فصل بررسی می‌شود امواج الکترومغناطیسی (و از جمله نور مرئی) و نمونه‌ای از موج‌های طولی که مورد بررسی قرار می‌گیرند، امواج صوتی هستند. همچنین امواج با محیطی که در آن منتشر می‌شوند برهم کنش نیز می‌کنند. بازتاب و شکست امواج نمونه‌هایی از این برهم کنش هستند که به خصوص کاربردهایی فراوان در علوم طبیعی دارند.

1-3 نوسان دوره‌ای

نوسان‌ها می‌توانند دوره‌ای یا غیر دوره‌ای باشند؛ مثلا شکل 3-2 تصویری از ضرباهنگِ (ریتمِ) قلب یک شخص را نشان می‌دهد که در هر دقیقه 65 بار می‌زند. نقش‌های این تصویر به طور منظم تکرار می‌شوند، که به آن چرخهٔ (سیکل) نوسان گفته می‌شود. چنین نوسان‌هایی را که هر چرخهٔ آن در دورهای دیگر تکرار شود نوسان‌های دوره‌ای می‌نامند. مدت زمان یک چرخه، دوره تناوب حرکت نامیده می‌شود و آن را با $T$ نشان می‌دهند. بنابه این تعریف، دوره تناوب ضربان قلب این شخص $\frac{1}{65}$ دقیقه، یا $0/92$ ثانیه است.

تعداد نوسان‌های انجام شده (تعداد چرخه) در هر ثانیه بسامد (فرکانس) نامیده می‌شود و آن را با $f$ نشان می‌دهند. بنابراین:

(۱-۳)   (بسامد)   $f=\frac{1}{T}$

یکای بسامد در $SI$ هرتز، $(Hz)$ است که به افتخار فیزیک دان آلمانی، هاینریش هرتز، نام گذاری شده است. طبق تعریف:

$=1{{s}^{-1}}$ چرخه بر ثانیه $1Hz=1$