امواج ایستاده
اگر یک طرف طناب (یا فنری) ثابت شده باشد و شما طرف دیگر آن را به نوسان درآورید، آنگاه امواج بطور پیوسته به سمت نقطه ثابت حرکت می کنند و در حالی که وارونه شده اند، بازتاب می کنند. در هنگامی که شما بطور پیوسته در طول طناب موج ایجاد می کنید، امواج تابیده و بازتابیده در دو جهت مختلف شروع به حرکت می کنند و در این اثناء با یکدیگر تداخل نیز می کنند. در مدل سازی و تصویر زیر این موضوع به نمایش در آمده است.
بر روی شکل روبه رو تقه بزنید.
اگر طناب با بسامد مشخص به لرزش درآید دو موج تابیده و بازتابیده با یکدیگر تداخل می کنند و بر اثر آن یک موج ایستاده با دامنه بزرگ حاصل می شود.
برای مشاهده فیلم بر روی شکل مقابل تقه بزنید.
برای مشاهده فیلم بر روی شکل مقابل تقه بزنید.
این موج از آن جهت ایستاده نامیده می شود که از ظاهر آن بر نمی آید که در جهتی خاص حرکت کند. در حقیقت در نقاطی که طناب ساکن است دو موج با یکدیگر تداخل ویرانگر داشته اند و بر اثر آن گره به وجود آمده است.
در مقابل، نقاطی که طناب با حداکثر دامنه نوسان می کند دو موج به صورت سازنده با یکدیگر تداخل نموده اند و اصطلاحاً شکم حاصل شده است.
موج ایستاده در وضعیت ساکن
نقاط قرمز نمایانگر گره های موج هستند. موج ایستاده که با عنوان موج ساکن نیز شناخته می شود موجی است که در وضعیت ثابت باقی می ماند. این پدیده زمانی اتفاق می افتد که وسیله ای در مسیری خلاف جهت موج در حرکت باشد و یا این موج می تواند در نتیجه تداخل دو موج از دو سوی متفاوت ایجاد شود. مجموع دو موج منتشر شده از سوی مقابل هم (با دامنه و بسامد یکسان) یک موج ایستاده را به وجود می آورد. به طور عادی، موج ایستاده زمانی تولید می شود که انتشار موج دورتر از مانع باشد. بنابراین، علت انعکاس موج وجود یک موج مخالف است. به عنوان مثال، زمانی که تار ویولن جابه جا می شود امواج طولی منتشر می شوند تا جایی که تار در جایش محکم قرار گیرد. بالاتر از جایی که موج بر می گردد در خرک و مهره دو موج در فاز مخالف هم هستند و یکدیگر را دفع می کنند در نتیجه یک گره تولید می شود. در وسط راه، بین دو گره یک شکم تولید می شود جایی که دو موج از سوی مقابل هم منتشر می شوند موج ها روی هم افزایش می یابند و عضو بیشینه می شوند و به طور معمول انرژی برای انتشار موج نمی ماند.
از نگاه دیگر:
لرزش طبیعی اکوسیتیک، تشدید کننده هلم هولتز و دریچه لوله صوتی.
انتشار میان طناب
سرعت موج در حال حرکت در امتداد یک تار مرتعش شونده به طور مستقیم متناسب با ریشه دوم کشش تار به چگالی خطی (μ)است:
الکتریسیته
الکتریسیته از کلمه یونانی الکترون به معنی کهربا گرفته شده است.چرا که هرگاه کهربا را با پارچه پشمی مالش دهیم، اجسام سبکی مانند کاه را به خود جذب می کند.
ماهیت الکتریسیته
ماهیت الکتریسیته به دلیل وجود بارهای الکتریکی در اتمهای ماده است. در نظریه امروزی اتمی، اتم تشکیل یافته است از یک هسته مرکزی که دارای دو نوع ذره پروتون با بار مثبت و نوترون بدون بار است و ذرات بسیار ریزی بنام الکترون با بار منفی که به دور هسته می چرخند.
انواع الکتریسیته
الکتریسیته دو نوع است : الکتریسیته ساکن و الکتریسیته جاری.
س: الکتریسیته ساکن چگونه است؟
ج: هر گاه الکتریسیته تولید شده در محل تولید باقی بماند آنرا الکتریسیته ساکن می نامند.
س: الکتریسیته جاری چگونه است؟
ج: از حرکت الکترونها، الکتریسیته جاری به وجود می آید.
س: بار الکتریکی چیست؟
ج: چرخش الکترون به دور هسته در اثر وجود نیروی الکتریکی بین آنهاست و نیز بعضی از اجسام تحت شرایط خاصی بر هم نیروی جاذبه یا دافعه الکتریکی وارد می کنند. عامل این نیروها به سبب خاصیتی است که بطور ذاتی در الکترونها وجود دارد. لذا آن کمیت فیزیکی که این خاصیت را توصیف و بزرگی نیروی حاصل از آنها را تعیین می کند، بار الکتریکی نامیده می شود.
مولد موج ایستاده
تئوری آزمایش
نوسان موج در بسیاری از پدیده های جهان نقش مهم و اساسی دارند. موج یکی از وسیله های انتقال انرژی از جایی به جای دیگر است. اصولا انتقال انرژی به دو روش صورت می گیرد که یکی انتقال بوسیله ماده است و دیگری انتقال بوسیله موج است که در این حالت ماده منتقل نمی گردد. در حالت کلی فیزیک امواج مختلف را می توان به دو گروه امواج مکانیکی و امواج الکترومغناطیسی تقسیم کرد. موج مکانیکی در اثر حرکت نوسانی (ارتعاشی) ماده تولید می شود و بوسیله محیط مادی منتقل می گردد و انرژی حاصل از منبع ارتعاش را با خود انتقال می دهد. اما امواج الکترومغناطیسی در خلا نیز منتشر می گردند. از جمله فیزیک امواج مکانیکی ، موج ساکن است که نحوه تولید آن شرح داده می شود.
شرح آزمایش
یک تکه سیم فولادی را که در انتهای آن به دو نقطه محکم بسته شده است. در نظر می گیریم. حال اگر بوسیله انگشت یک ارتعاش کوچک در روی این سیم ایجاد کنیم، این ارتعاش در طول سیم منتشر می گردد. بنابراین ، تکه سیم فوق می تواند به عنوان یک مولد ساده موج فرض گردد.
وسایل لازم
* سیم فولادی به طول 90 سانتیمتر و قطر 5/0 میلیمتر
* 54 تکه سیم فولادی به طول 20 سانتیمتر و قطر 3 میلیمتر
* یک ورقه حلبی
* چند عدد پیچ
* دستگاه لحیم کاری
* تخته ای بر طول یک متر و عرض 20 سانتیمتر
روش ساخت
* یک تخته به عنوان بدنه کار انتخاب کنید و در یک طرف آن 54 شیار در فواصل 5/1 سانتیمتری ایجاد کنید.
* از حلبی چند پایه درست کنید و در آنها شیاری به شکل 7 ایجاد کنید.
* میله ها را در شیارهای روی تخته قرار دهید و میله بلند را روی آنها بگذارید و لحیم کنید.
* پایه های حلبی را روی بدنه با پیچ محکم کنید و دستگاه را روی آنها سوار کنید.
* میله بلند باید آزادانه در شیارهای حلبی بگردد.
نحوه بکارگیری
انتهای میله 20 سانتیمتری را بالا و پایین ببرید. ملاحظه می کنید که میله های بعدی پشت سرهم بالا و پایین می روند و یک موج عرضی به میله ها می رسد و منتشر می شود. اگر این کار را ادامه دهید، یک موج ساکن در دستگاه تولید می شود. می توان به جای دست ، این عمل را به کمک موتور کوچکی نیز انجام داد.
امواج ایستاده عرضی در بسامدهای مختلف
در یک بسامد مشخص محل های گره و شکم ثابت هستند. البته امواج ایستاده می تواند در بیش از یک بسامد به وجود آید. کمترین بسامد لرزش طناب که می تواند باعث به وجود آمدن موج ایستاده شود در شکل زیر نشان داده شده است.
در تصویر زیر بسامد لرزش طناب دو برابر حالت بالا است.
در تصویر زیر بسامد لرزش طناب سه برابر حالت اول است.
بسامد هایی که بر اثر آن امواج ایستاده ایجاد می شود به عنوان بسامد طبیعی یا بسامد تشدید نامیده می شوند. در حقیقت شکل های مختلف امواج ایستاده بر اثر بسامد طبیعی (تشدید) مختلف در طول طناب به وجود می آید.
شاید شک داشته باشید که موج ایستاده از ترکیب دو موج رفت و برگشتی (در حال حرکت) به وجود آمده باشد برای بررسی این موضوع، بر روی شکل روبه رو تقه بزنید.
اگر چه موج ایستاده بر اثر تداخل دو موج تابیده و بازتابیده به وجود آمده است اما از دیدگاهی دیگر موج ایستاده از مصادیق لرزش اجسام در حالت تشدید می باشد و از همان قوانین و نکاتی که در مورد تشدید گفتیم پیروی می کند. با این تفاوت که: در فنر یا آونگ فقط یک بسامد تشدید وجود دارد اما در طناب بسامد تشدید بیشتری می تواند وجود داشته باشد که مقدار آن ضریب صحیحی از کمترین بسامد تشدید است.
10