درسنامه آموزشی فیزیک (3) دوازدهم علوم تجربی

هر گاه در ناحیه‌ای از یک محیط کشسان، ارتعاشی به وجود آید، موجب پدید آمدن ارتعاش‌های پی در پی دیگری می‌شود که از محل شروع ارتعاش دور و دورترند، و به این ترتیب آنچه را که موج می‌نامند به وجود می‌آید. موج‌ها را عموماً به دو دسته تقسیم بندی می‌کنند: موج‌های مکانیکی و موج‌های الکترومغناطیسی. موج‌های مکانیکی - مانند موج‌های روی سطح آب (شکل 3-10) و موج‌های صوتی - برای انتشار خود به یک محیط مادی نیاز دارند، و موج‌های الکترومغناطیسی - مانند نور مرئی، موج‌های رادیویی و تلویزیونی، $x$ - برای انتشار خود به محیط مادی نیاز ندارند. به رغم متفاوت بودن منشأ امواج مکانیکی و الکترومغناطیسی، همگی آنها مشخصه‌های یکسانی دارند و رفتار آنها از قاعده‌هایی کلی پیروی می‌کند که در هر پدیدهٔ موجی برقرار است.

اگر مانند شکل 3-11 یک سر فنر بلند کشیده شده‌ای را به سرعت به چپ و راست تکان دهید، موجی به شکل یک تپ در طول فنر منتشر می‌شود.

وقتی سرِ آزاد فنر را مانند شکل 3-12 رو به بالا حرکت می‌دهید، بخش مجاور آن نیز از طریق کشش بین این دو بخش شروع به بالا رفتن می‌کند. وقتی بخش مجاور به بالا حرکت کند، این بخش نیز به نوبهٔ خود شروع به بالا کشیدن بخش بعدی می‌کند و این روند ادامه می‌یابد. به همین ترتیب، پایین کشیدن سر آزاد فنر موجب پایین کشیده شدن بخش‌های بعدی فنر می‌شود، و بدین ترتیب آشفتگی‌ای در شکل فنر ایجاد می‌شود که با تندی $v$ در طول فنر حرکت می‌کند. اگر دست خود را پیاپی به بالا و پایین حرکت دهید یک موج پیوسته با تندی $v$ در طول فنر به حرکت در می‌آید. اگر به حرکت جزئی از فنر که در هنگام عبور موج به بالا و پایین نوسان می‌کند دقت کنید در می‌یابید جابه جایی هر جزء نوسان کننده‌ای از فنر، عمود بر جهت حرکت موج است، که به آن، موج عرضی گفته می‌شود.

از این فنر بلند می‌توان برای ایجاد نوع دیگری از موج موسوم به موج طولی نیز استفاده کرد. اگر این بار، سِر آزاد فنر را به جای اینکه به بالا و پایین یا به چپ و راست حرکت دهید، به سرعت به جلو و عقب ببرید، یک تپ در طول فنر به راه می‌افتد (شکل 3-13) و اگر دست خود را پیاپی به جلو و عقب حرکت دهید یک موج طولی پیوسته با تندی $v$ در طول فنر به حرکت در می‌آید.

اگر به حرکت جزئی از فنر که در هنگام عبور این موج به چپ و راست نوسان می‌کند دقت کنید، در می‌یابید جابه جایی هر جزء نوسان کننده‌ای از فنر در راستای حرکت موج است (شکل 3-14). به همین دلیل است که به چنین موجی، موج طولی می‌گویند.
به موج‌های عرضی و طولی که تا اینجا بررسی شد، موج‌های پیش رونده گفته می‌شود. زیرا، هر دوی این موج‌ها از نقطه‌ای به نقطهٔ دیگر حرکت کرده و انرژی را با خود منتقل می‌کنند. توجه کنید این موج است که از یک سر به سر دیگر حرکت می‌کند نه ماده‌ای (در مثال‌های بالا فنر) که موج در آن حرکت می‌کند. همچنین دریافتید که برای ایجاد چنین امواجی به یک جسم (چشمهٔ) نوسانی نیاز دارید و موج از این چشمه دور می‌شود، و اگر چشمه به طور هماهنگ ساده نوسان کند، اجزای محیط حول نقطهٔ تعادل خود با همان بسامد چشمه نوسان می‌کنند.