امواج عرضية.pdf
Document Details
Uploaded by BlissfulCyan
Tags
Full Transcript
ستق َّرة الم ُ ِ األمواج ُ العرض ّية 1 اﻫﺪاف: الم ِ ستق َّرة يتعر ُ ف األمواج ُ ٭ ٭ َّ العرضيّة تجريبيّاً. يستنتج مُعادَلةَ مطا ِل ٍ نقطة في ٭٭ ُ ٍ ِ موجة مُستق َّرة عرضيَّة. ُّ تشكل عُق ِد وبطو ِن يفس ُر ٭ ٭ َّ ٍ موجة مُ ِ ستق َّرة...
ستق َّرة الم ُ ِ األمواج ُ العرض ّية 1 اﻫﺪاف: الم ِ ستق َّرة يتعر ُ ف األمواج ُ ٭ ٭ َّ العرضيّة تجريبيّاً. يستنتج مُعادَلةَ مطا ِل ٍ نقطة في ٭٭ ُ ٍ ِ موجة مُستق َّرة عرضيَّة. ُّ تشكل عُق ِد وبطو ِن يفس ُر ٭ ٭ َّ ٍ موجة مُ ِ ستق َّرة االهتزا ِز في عرضيَّة. المح َدّدة لك ٍّل ٭٭ ُ يستنتج العالقةَ ُ ِ ِ من أبعاد مواضع عُ َقد وبطو ِن ِ االهتزاز. بعض تطبيقا ِ ت ف َ يتعر ُ ٭ ٭ َّ الم ِ ستق َّرة العرضيّة. ِ األمواج ُ المهت َ ّزة. يتعر ُ ف قانو َن األوتار ُ ٭ ٭ َّ اﻟﻜﻠﻤﺎت اﻟﻤﻔﺘﺎﺣﻴﺔ: بطن اهتزاز. ٭٭ ُ ٭ ٭عُق َدةُ اهتزاز. ٭ ٭نهاية ٌ مُقيَّدة. ٭ ٭نهاية طليقة. ٭ ٭وتر مُهت َ ّز. ٭ ٭حبل مَ ِرن. تجاوب. ٭٭ ُ األساسي. ٭ ٭التّوات ُر ّ ٭ ٭المدروجات. 168 ط أوتــار عــو ِده باســتخدام ِ مفاتيــح َّ الضبــط االثنَــي ـازف العــود ضب ـ َ ـتطيع عـ ُ يسـ ُ ث يعمـ ُل علــى شـ ّد هــذه األوتــار ،فيحـ ِّـدد عشـ َـر الموجــودة فــي نهايـ ِـة العــود حيـ ُ ِ ِ الريشــة درجـة َ قـ َّوة النّغمــات ّ الصــادرة مــن العــود ،وفــي أثنــاء العــزف يســتخدمُ ّ مــع َّ الضغــط عليهــا ،وكذلــك الحــا ُل بالنّســبة زامــن َ للنَّقــ ِر علــى األوتــار بالت ّ ُ ِ اآلالت الوتريّــة (كالغيتــار والكمــان والبــزق والقانــون). لجمي ـ ِع ال ّد ُ لألمواج ا ُملست ِق َّرة العرض ّية يف وتر: راسة ال ّتجريب ّية ِ أجرب وأستنتج: ّ ذات قاعــد ٍة توات ُُرهــا ) - (100 Hzبكــرة -حامــل معدنــي -كفــة (حاملــة) أثقــال المواد الالزمة :رنّان ـة ٌ كهربائي ّـة ٌ ُ أوزان مُ ِختلفــة -وتــر مـ ِرن -وحــدة تغذيــة -أســاك توصيــل -مســطرة. خطوات التجربة: ت البكرة على الحامل. 1 .1أثبِّ ُ الرنّانة. 2.2أثبِّ ُ ت طرف الوتر بإحدى شعبتَي ّ المتدلِّي كفَّة األثقال. أمر ُر الوتر على مَ ِّ حز البكرة ،وأعل ّ ُق بطرفه ُ ّ 3.3 أضع في الكفّة ثقال ً مُ ِ بوضع أفقي. ث يُش ّد الوتر ناسباً بحي ُ ُ 4 .4 ٍ ِ خذ تيّا ِر المدرسة (تيار المدينة). الرنَّانة بمأ َ بوساطة أسال ِك التّوصيل ِبمربطَي وحد ِة التّغذية الموصولة َ 5.5أص ُل ّ الرنّانة ،ماذا أالحظ؟ أغلق ِم َ ُ 6.6 فتاح تشغي ِل وحد ِة التّغذية لتعم َل ّ ِ الموجــب للمحـ َـور xl xعندمــا تصـ ُل إلــى النّقطــة ـب مُعادَلــة مطــا ِل موجـ ٍـة وارد ٍة مُتقدّمـ ٍـة جيبيّـ ٍـة باالت ّجــاه 7 .7أكتـ ُ n المقيَّــدة mفــي اللحظــة . t مــن وســط االنتشــار والتــي فاصلتُهــا xعــن النّهايــة ُ ـب مُعادَلــة مطــال موجــة منعكســة متقدمــة جيبيّــة باالتجــاه الســالب للمحــور xl xتصــل إلــى النّقطــة nمــن 8.8أكتـ ُ المقيَّــدة mفــي اللحظــة . t وســط االنتشــار والتــي فاصلتهــا xعــن النهايــة ُ أحددُ أوج َه االختال ِ الم ِ الم ِّ الم ِّ ِّ 9.9 تقدمة؟ نعكسة ُ تقدمة والموجة ُ بين الموجة الواردة ُ ف والتّشابُه َ َّ الم ِ ِّ 1010 نعكسة؟ أحددُ ماذا يتشك ُل نتيجة التّدا ُ بين الموجة الجيبيّة الواردة م َع الموجة الجيبيّة ُ خل َ ـق اسـ ِ 1111أحـ ِّـرك ِ ـف عندَمــا تتكـ ّـو ُن المغــاز ُل ـتقامة الوتــر بحي ـ ُ حام ـ َل البكــرة وفـ َ المهت َـ ّز منــه ،وأتوقّـ ُ ث يتغيّـ ُـر الطّــول ُ بسـ ٍ ـعة كبيــر ٍة نســبيّاً. الم ِ ستق َّرة العرضيّة؟ 1212أتساء ُل ما ُ األمواج ُ A λ 2 A N N A N A N M النتائج: (الرنّانــة) تتش ـ َّك ُل علــى طــو ِل الوت ـ ِر أمــوا ٌج عرضيّــة جيبيّــة ُم ِّ تقدمــة ،وتكــون ُمعادَل ـة ُ مطــا ِل •عندمــا تعمــل الهـ ّـزازة ّ ٍ واردة ُم ِّ تقدمـ ٍـة جيبيّـ ٍـة باالتّجــاه المُو ِجــب للمُحـ َـور xl xعندمــا تص ـ ُل إلــى النّقطــة nمــن وســط االنتشــار موجـ ٍـة والتــي فاصلتُهــا xعــن النّهايــة المُقيّ َــدة mفــي اللّحظــة ُ tمعطَــاة بالعالقــة x )) fff (1 m y 1 (t) = Ymax cos (wt - 2r 169 m ﻣﻮﺟﺔ ﻭﺍﺭﺩﺓ ﻧﻬﺎﻳﺔ ﻣﻘﻴﺪﺓ n X ـواج الجيبيّــة إلــى النّهايــة المُقيّ َــدة mللوتــر تنعكــس ،فتول ّـ ُد الموجــة المُ ِ نعكســة المُ ِّ تقدمــة •وعن َدمــا تص ـ ُل األمـ ُ ُ للمحور ، xl xفي النّقط nفي اللَّحظة tمطاال ً يُعط َى بالعالقة: السالب الجيبيّة باالتِّجاه ّ َ x )+ {l ) fff (2 m ِ ض لفر ٍق في الطّور {lبسب ِ الموجة الوا ِردة إلى . n ب االنعكاسِ ،وهو ُمتأخِّر في الطَّور عن َّ تتعر ُ y 2 (t) = Ymax cos (wt - 2r •تنعكــس اإلشــارة َ عــن النّهايــة المُقيّ َــدة أو عــن النّهايــة الطليقــة بســرعة االنتشــار ِ وبالســعة نفســها والتّواتُــر نفســه ّ ُ ِ ُ َّ l ّ ّ الموجــة الــواردة والموجــة بيــن { ــور ط ال فــي ق فــر أ وينشــ اقــة ط ال فــي يــاع الض إهمــال د عنــ نفســها ٌ َ َ المُ ِ نعكســة فــي الوســط (الوتــر): m X ﻧﻬﺎﻳﺔ ﻣﻘﻴﺪﺓ n ﻣﻮﺟﺔ ﻣﻨﻌﻜﺴﺔ ِ ـس جهـة َ اإلشــارة الــوا ِردة؛ أي يتولّــد باالنعــكاس 1 .1إذا كانَــت النّهايــة ُمقيّ َــدة فــإنّ جهــة اإلشــارة المُنعكســة تعاكـ ُ فــر ُق طــو ٍر ( {l = r radتعا ُكــس بالطَّــور). 2.2إذا كانَــت النّهايـة ُ طليقـةً ،فــإ َّن جهة َ اإلشــارة المُ ِ نعكســة نفســها لإلشــارة الــواردة؛ أي فــرق الطور {l = 0 rad (توافُــق بالطّور) ٍ ـواج المُسـ ِ ـع موجـ ٍـة جيبيّـ ٍـة ُم ِ نعكســة علــى ـتق َّرة العرضيّــة نتيج ـة َ التّدا ُخــل بيــنَ موجـ ٍـة جيبيّـ ٍـة •تتش ـ َّك ُل األمـ ُ واردة مـ َ ـج عــن تدا ُخلهمــا: نهايـ ٍـة ُمقيّ َــدة والســعة نفســها ،وينتـ ُ تعاكســها بجهـ ِـة االنتشــار ولهــا التّواتُــر نفســه ّ ُ ٍ األمــواج الــوا ِردة ث تلتقــي فيهــا – –نقــا ٌط تهتــ ُّز بســعة عُظمَــى تُســمَّى بطــون االهتــزاز ،يُرمَــز لهــا بـــ ، Aحيــ ُ ُ والمُ ِ نعكســة علــى تواف ُــ ٍق دا ِئــم. ـواج الــوا ِردة – –ونقــا ٌط تنعــدمُ فيهــا ســعة ُ االهتــزاز تُسـمَّى عقـ ُد االهتــزاز ،يُرمَـ ُـز لهــا بـــ ، Nحيـ ُ ث تلتقــي فيهــا األمـ ُ والمُ ِ س دا ِئــم. نعكســة علــى تعا ُكـ ٍ 170 m •تكــونُ المســافة ُ الفاصلـة ُ بيــنَ ك ِّل عقدتَيــن ُمتتاليتَيــن ، 2ويشـ ِّك ُل االهتــزاز ُ مــا بيــنَ عقدتَيــن ُمتجاورتَيــن مــا يشــبهُ ـع نقـ ِ ـاط المغــزل الواحــد علــى تواف ُـ ٍق بالطّــور فيمــا بينَهــا ،بينَمــا تهتـ ُّز نقــا ُط مغزلَيــن ُمتجا ِورَيــن المغــزل ،وتهتـ ُّز جميـ ُ س بالطّــور فيمــا بينَهــا ،وتبــدو الموجـة ُ وكأنّهــا تهتـ ُّز مراوحـ ًة فــي ِ مكانهــا ،فتأخـ ُذ شــكال ً ثابِ تـاً ،لذلــك علــى تعا ُكـ ٍ ج المُسـ ِ ـتق َّرة. ُسـمِّيَت باألمــوا ِ ـتق َّرة :هــي نمـ ُط اهتــزا ٍز ُمسـ ِ •الموجــة المُسـ ِ ـتقٍّر تحتــوي علــى عُقـ ٍد بينَهــا بطــونٌ تنشـأ ُ نتيجـة َ التّدا ُخــل بيــنَ موجتَيــن والســعة وتنتشــرا ِن فــي اتِّجاهَيــن ُم ِ تعاك َســين. ُمتســا ِويتَين فــي التّواتُــر ّ ال ّد ُ راسة النّظر ّي ُة لألمواج ا ُملست ِق َّرة العرض ّية: والم ِ يُ ِ نعكســة معـاً بجمــع المحصَّ ــل الهتــزاز النّقطــة nالتــي تخضـ ُ ـع لتأثيــر َ ـن اسـ ُ الموجتَيــن الــواردة ُ ـتنتاج المطــال ُ مكـ ُ المحصَّ ـ ُل ): y n (t المعادَلتَيــن ) (1مـ َع ) (2فيُصبِ ـ ُ ـح مطال ُهــا ُ ُ وبما أنّ: 2r 2r ]) x + {l x ) + cos (wt + m m a-b a+ b 2 cos 2 )y n (t) = y 1 (t) + y 2 (t y n (t) = Ymax [cos (wt - cos a + cos b = 2 cos نج ُد: {l {l 2r ) x + 2 ) cos (wt + 2 m ( y n (t) = 2Ymax cos 171 ُ األمواج ا ُملست ِق َّر ُة العرض ّي ُة ا ُملنع ِكسة على نهاي ٍة ُمق َّيدة: س على ٍ عوض: في االنعكا ِ ق الطّور {l = r radن ُ ِّ نهاية مُقيَّد ٍة يكو ُن فر ُ 2r r r ) x + 2 ) cos (wt + 2 m ( y n (t) = 2Ymax cos r تصبح العالقة: وبما أنّcos (i + 2 ) = - sin i : ُ 2r )x sin (wt m )y n (t) = Ymax /n sin (wt ِ الم ِ ستق َّرة في النّقطة : n باعتبار Ymax/nسعة ُ الموجة ُ y n (t) = 2Ymax sin 2r |x m Ymax /n = 2Ymax | sin سعة اهتزا ِزها معدومة ٌ دوماً ،ت َّ ُحددُ أبعادها xعن الن ّ ِ ط ِ عق ُد االهتزاز : Nنقا ُ المقيَّدة بالعالقة: هاية ُ 2r x=0 m Ymax/n = 0 ( sin 2r x = nr m m x=n2 ثn = 0, 1, 2, 3..... : حي ُ ـكاس وحيـ ٌد -أعــدادٌ صحيحـة ٌ ِ موجبـة ٌ مــن أي أ ّن النقــا َط التــي تبعـ ُد عــن النّهايــة ُ المقيَّــدة -التــي يحصـ ُل عندَهــا انعـ ٌ ِّ س ِ ـزاز مُ ِ نصـ ِ ـف عُ َقــد ـزاز وا ِردٌ واهتـ ٌ ـف طــو ِل الموجــة ،يصلُهــا اهتـ ٌ ـس علــى تعا ُكـ ٍ دائـمٍ ،فتكــو ُن ســاكنةً دومـاً ،وتؤلـ ُ نعكـ ٌ ـن ك ِّل عقدت َيــن مُتتاليتَيــن . m2 اهتــزاز ، Nوتكــو ُن المســافة ُ بيـ َ ط سعة اهتزا ِزها عُظمى دوماً ،ت َّ بطون االهتزاز : Aنقا ُ المقيَّدة بالعالقة: ُحددُ أبعادُها xعن النّهاية ُ 2r x |= 1 m 2r r x = (2n + 1) 2 m m x = (2n + 1) 4 | Ymax /n = 2Ymax ( sin ثn = 0, 1, 2, 3..... : حي ُ ﺃﺑﻌﺎﺩ ﺍﻟﺒﻄﻮﻥ ﻋﻦ ﺍﻟﻨﻬﺎﻳﺔ ﺍﻟﻤﻘﻴﺪﺓ ﻧﻬﺎﻳﺔ ﻣﻘﻴﺪﺓ 172 ﺑﻄﻦ ﺑﻄﻦ m 4 ﺑﻄﻦ 5m 4 3m 4 N N N N ﺃﺑﻌﺎﺩ ﺍﻟﻌﻘﺪ ﻋﻦ ﺍﻟﻨﻬﺎﻳﺔ ﺍﻟﻤﻘﻴﺪﺓ m 2 2m 2 3m 2 ﻋﻘﺪﺓ ﻋﻘﺪﺓ ﻋﻘﺪﺓ ـكاس وحيـ ٌد -أعــدادٌ فرديّــة مــن ربــع طــول ْ أي أ ّن النقــا َط التــي تبعـ ُد عــن النّهايــة ُ المقيَّــدة -التــي يحصـ ُل عندَهــا انعـ ٌ ِّ ِ ِ ُ ُ ـف ـ وتؤل ً، ا ـ دوم ـى ـ ظم ع ـا ـ فيه ـزاز ـ االهت ة ـع ـ س ن ـو ـ فتك ـم، ـ دائ ق ـ ف توا ـى ـ عل ـس ـ نعك م ـزاز ـ واهت د وار ـزاز ـ اهت ـا ـ ه ل يص ـة، ـ الموج ُ ُ ٌ ٍ ٌ ُ ُ ٌ ُ ٌ m m ـن ك ّل عقــد ٍة وبطـ ٍن يليــه . 4 ـن ك ِّل بطنَيــن مُتتاليتَيــن 2والمســافة ُ بيـ َ بطــون اهتــزاز ، Aوتكــو ُن المســافة ُ بيـ َ احلرة يف وت ٍر م ِرن: االهتزازاتُ َّ أجرب وأستنتج: ّ المواد الالزمة :وتــر مَــ ِرن (حبــل مطاطــي) – ِمســماران – قطعــة خشــبيّة – ِمطرقــة ِ -مســطرة. خطوات التجربة: ســمارين بوســاطة ِ المطرقــة علــى القطعــة ت ِم 1 .1أثبّــ ُ َ الخشــبيّة بيــن نقطتَيــن البُعــ ُد بينَهمــا . L بين النّقطتَين الثّابتتَين. 2.2أش ُّد الوتر الم ِر َن َ َ نتصفه وأتركُه يهت ُّز. (أنقر) أزيح ُ 3.3 الوتر من مُ َ َ ُ َّ 4 .4كم ِمغزال ً يتشك ُل في الوتر؟ 5.5ماذا أسمِّي الصَّ وت النّاتج؟ ع االهتزازات النّاتجة في الوتر؟ 6.6ما نو ُ أنقــر علــى الوتــر مــن ِ س ربعــه وألمــس مُنتصفَــه بــرأ ِ ُ ُ 7 .7 َّ المهتَــ ّز؟ قلــم ،كــم ِمغــزال ً يتشــك ُل فــي الوتــر ُ ِ بثالثة مَغازل أو أربعة؟ الوتر 8.8ماذا أفع ُل ليهت َّز ُ أســمي األصــوات النّاتجــة فــي الحــاالت 9.9مــاذا ّ الســابقة؟ ّ 1 l = 2 m1 f1 l = m2 f2 = 2 f1 3 l = 2 m3 f3 = 2 f1 النتائج: ـح الوتــر المـ ِرن المشــدود مــن ُمنتصفــه ونتر ُكــه ،فإنَّــه يهتـ ُّز اهتــزازا ٍ ت حـ َّـر ًة بتواتُــره الخــاص f1مولِّــداً •عن َدمــا نُزيـ ُ َ َ موجـ ًة ُمسـ ِ ِ بالصــوت ـتق َّر ًة نتيجـة َ الصــوت النّاتــج َّ انعكاســها بالنّقطتَيــن الثّابتتَيــن ويتشـ َّك ُل ِمغــزال ً واحــداً ،ونُســمّي َّ ـي . f1 األساسـ ّ الوتر ِبمغزلين. الوتر المرن َ المشدود من ُربعه ُ ننقر َ وألمس منتصفَه برأسِ قلم ٍ يهت ُّز ُ •عن َدما ُ وألمسه من ثُلثه برأسِ قلم ٍ يهت ُّز الوتر ِ بثالثة مغازل. الوتر المرن َ المشدود من ُسدسه ُ ننقر َ ُ •عن َدما ُ ت حــر ًة بتواتُــرا ٍ ـن أن يهتـ َّز الوتــر المــرنُ اهتــزازا ٍ خاصــة ُم ِ •يُ ِ ختلفــة عن َدمــا تتغيّـ ُـر شــرو ُط التّجربــة فيتشـ َّك ُل فيــه ت َّ مكـ ُ ّ ُ ـوات النّاتجــة بالمدروجــات. مغــزالن أو أكثــر ،وتُســمّى األصـ ُ ِّ ٍ •الوتــر المــرن المُثبّــت مــن طرفيــه يُ ِ خاص ٍة ُمتعـ ِّ ـددة ،تُعطَــى بالعالقةf = k f1 : ـف هـ ّـزاز ًة ذا َ مكـ ُ ت تواتُــرات ّ ـن أن يُؤلـ َ ُ ث :عدد صحيــح موجب . n = 1, 2, 3, 4..... حيـ ُ 173 ِ بإزاحة الوت ِر عن وض ِع توازُنه ويكونُ ذلك : العرضي •نولِّ ُد االهتزاز َ ّ ضــرب ِبم ٍ طرقــة (كالبيانــو) ،أو بااللتصــاق بالقــوس بالنّقــر بالريشــة (كالعــود) ،أو باإلصبــع (كالقانــون) ،أو بال ّ (كالكمــان). ك نحاســي مشــدو ٍد بق ـ َّو ِة شـ ٍّـد ُم ِ •يُ ِ ـن تولي ـ ُد االهتــزاز العرضــي فيزيائيّ ـاً باســتخدام ســل ٍ ناســبة ،بــأ ْن نم ـ ّ ِررَ فيــه مكـ ُ ّ ناســباً ،ونُحي ـ ُط الوتــر بمغناطيــس نضــوي خطــو ُط ِ تيّــاراً جيبيّـاً ُمتنا ِوب ـاً ُم ِ الســلك وفــي وض ـ ٍع حقلــه عموديّـة ٌ علــى ّ َ ـاوب ُم ِّ ِ ُم ِ ناسـ ٍ ـي ُمســا ِوي ًا نتصــف مثـا ً -ليهتـ َّز بالت َّجـ ُ ب -فــي المُ َ كونـ ًا مغــزال ً واحــداً ،ويكــونُ تواتُـ ُـر الوتــر الن ُّحاسـ ّ لتواتُـ ِر التيّــا ِر المُتنــا ِوب. االهتزازاتُ القسر ّية يف وت ٍر َم ِرن: ٌ نهاية ُمق َّيدة: تجربة ملد على 1. ٍ أجرب وأستنتج: ّ َّ ِ ـن تغييــر توات ُرهــا - fبكــرة - ـ مك ي ـرة، ـ صغي ـى ـ العظم ها ت ـع ـ س ـة) ـ ان ن (ر اة ـذ ـ غ م ـة ـ جيبي َّازة ز ـ الالزمة :ه المواد Y ّ max ُ ُ ّ ُ ُ ِ ـي -ك ّفــة (حاملــة) أثقــال -أوزا ٌن مُ ِ ختلفــة -وتـ ٌـر مـ ِر ٌن طولُــه - Lوحــدةٌ تغذيــة - حامـ ٌل معدنـ ٌّ أســا ُك توصيــل ِ -مســطرة. خطوات التجربة: ت البكر َة على الحامل.. 1 .1أثبِّ ُ ِ بشعبة اله ّزازة (النّقطة .) a ت أح َد طرفَي الوت ِر 2.2أثبِّ ُ ِّ ِّ لتشك َل عقد ًة ثابتةً ،وأعلِّ ُق ِ المتدلي ك ّفةَ األثقال. الوتر على مَح ّز البكرة (النّقطة ) b أمر ُر ِّ 3.3 بطرفه ُ َ بوضع أفقي ويجع ُل توات َُر ِ أضع في الكفَّة ِثقال ً مُ ِ األساسي ثابِ تاً . f1 = 10 Hz صوته الوتر ناسباً يش ُّد ُ 4 .4 ِّ َ ٍ ّ الرنّانة fبالتدريج بدءا ً من القيمة صفر حتى القيمة ، f 1 10 Hzماذا أالحظ؟ 5.5أزي ُد توات َُر ّ َّ يتشك ُل موجة مُ ِ ستق َّرة واضحة بسعة عظمى Y 2 Ymax؟ الرنّانة ، f = 10 Hzهل 6.6أجع ُل توات َُر ّ الرنّانة ، 10 1 f 1 20 Hzماذا االحظ؟ 7 .7أجع ُل توات َُر ّ الرنّانة ، f = 20 Hzهل أشاهد مغزلين واضحين وبسعة اهتزاز عظمى؟ 8.8أجع ُل توات َُر ّ ِ ِ بسعة اهتزا ٍز عُظمى؟ أربعة مغازل في الوتر تهت ُّز كيف أحص ُل على 9.9أتساء ُل َ النتائج: •تتول َّ ُد أموا ٌج في الوت ِر مهما كانَت قيمة ُ تواتُ ٍر الهزازة . f الهزازة ال يساوي ُمضاعَفا ٍ ت •إذا كان َ تواتُ ُر ّ ث ـي للوتــر ، f ! k f1يحــد ُ صحيحــة للتّواتُــر األساسـ ّ اهتــزازات قســريّة فــي الوتــر بســعة اهتــزا ٍز صغيـ ٍ ـرة نســبيّاً من ِ الهزازة . Ymax رتبة سعة اهتزا ٍز ّ 174 الهزازة يساوي إلى ُمضاعَفا ٍ ت •إذا كان َ تواتُ ُر ّ ـي للوتــر ، f = k f1فــإ َّن الوتـ َـر صحيحــة للتّواتُــر األساسـ ّ يكــونُ بحالـ ِـة تجــاوب (طنيــن) ،وتكــونُ ِســعة ُ االهتــزاز الســعة العُظمــى للهـ ّـزازة، عن ـ َد البطــون أكبـ َـر بكثي ـ ٍر مــن ّ وفي هذه الحالة تتك َّونُ األمواج المُ ِ ستق َّرة. تتكونُ أموا ٌج ُم ِ ستق َّرةٌ عرضيّة ٌ ُمتجا ِوبة في ِ nمغزل • ّ علــى طــول الوتــر ،فيهــا عقــدةُ اهتــزا ٍز عن ـ َد النّقطــة ، b الهــزازة فــي النّقطــة ، a وعقــدة اهتــزاز عمليــاً بجــوار ّ ـاوب وتكــونُ ســعة ُ اهتــزا ِز البط ـ ِن عُظمــى ُمحقَّقــة التّجـ ُ عمليّ ـاً .ويكــونُ طــو ُل الوت ـ ِر عــدداً صحيح ـاً مــن نص ـ ِ ف طو ِل الموجة . L = n m2 السابقة) ُمجا ِوباً ُم ِّ تعد د َ الوتر (في التّجربة ّ •يؤل ُّف ُ ـاوب مــن أجــل سلسـ ٍ ـلة ُمحـ َّـد ٍدة التّواتُــر ،فيحــد ُ ث التّجـ ُ الهــزازة تواتُــرات مــن تمامــاً ّ ويتكــونُ عن َدهــا ، f = 10, 20, 30, 40, fffHz ّ ـاوب عن َدمــا يكــونُ تواتُــر الهـ ّـزازة ُمســا ِوياً عــددٌ مــن المغــازل n = 1, 2, 3, 4.....علــى التّرتيــب .إذاً يحــد ُ ث التّجـ ُ ُمضاعَفا ٍ ٍ صحيحة للتّواتُر ت األساسي للوتُّر . f = n f1 ّ ُ راسة ال ّنظريّة: الد ّ يتل ّقــى الوتـ ُـر اهتــزازا ٍ ـواج مُسـ ِ ـتق َّرةٌ عرضي ّـة ٌ مُتجا ِوبــة فــي ت قســريّةً ف ُ ِر َ ضــت عليــه مــن الهـ ّزازة ،فتتكـ َّو ُن علــى طو ِلــه أمـ ٌ ـق ال ّشــرط : f = n f1 مغــزل ،ويحــد ُ ـن الهـ ّزازة كجملـ ٍـة مٌ ِّ حرضــة ،والوتـ ِر كجملـ ٍـة مُجا ِوبـ ٍـة إذا تحقَّـ َ ث التَّجــاوب بيـ َ ِ نعكسة على ٍ ٍ وبدراسة مُ ِ الم ِ الم ِ نهاية مُقيَّد ٍة نج ُد: لدراسة ماث ٍلة ِ ستق َّرة العرضيّة ُ األمواج ُ m L=n2 v m= f v L = n 2f v f = n 2L صحيح ِ ب n = 1, 2, 3, 4..... ث n :عددٌ حي ُ ٌ موج ٌ األساسي. – –يُسمَّى ّأول توات ُ ٍر يولِّد ِمغزال ً واحداً :التّوات ُر ّ v (األساسي). األول n = 1 ( f1 = 2Lالمدروج ّ ّ ُسمى بقيّة التّوات ُرات من أجل n = 1, 2, 3, 4.....توات ُرات المدروجات – –وت ّ v f = n 2L = n f1 175 ُ طليقة: نهاية تجربة ملد على 2. ٍ ٍ أجرب وأستنتج: ّ ﻫﺰﺍﺯﺓ ﺟﻴﺒﻴﺔ ﻣﻐﺬﺍﺓ المواد الالزمة :ه ـ ّزازةٌ جيبي ّ ـة ٌ مغ ـذّاة توات ُرهــا - fوتـ ٌـر ـي (أو ســلكٌ فــوالذيٌّ ) abطولُــه مطاطـ ٌّ ِ ٍ - Lوحــدةُ تغذيــة -مســطرة. خطوات التجربة: ِ بشعبة اله ّزازة (النّقطة .) a ت أح َد طرفَي الوت ِر 1 .1أثبِّ ُ الســفلي 2.2أتــر ُك الوتـ َـر يتدلّــى شــاقولياً ،ليكــو َن طرفُــه ّ N a A b نهايــة طليقــة. القاطعة لتعم َل اله ّزاز َة ،ماذا ت ِ أغلق ِ ُالحظ؟ ُ 3.3 َّ كل مــن النّقطــة ، aوالنّقطــة bعنـ َد 4 .4مــاذا يتشــك ُل فــي ٍّ حــدو ِ ث التّجاوب؟ b ﻧﻬﺎﻳﺔ ﻃﻠﻴﻘﺔ L= m 4 النتائج: الهــزازة تتول ّــد أمــواج ُم ِ ســتق َّرة فــي •عن َدمــا تعمــل ّ حالــة التّجــاوب علــى طــول الوتــر. a N ـون فــي النّقطــة aعقــدة اهتــزاز ،وفــي النّقطــة b •يتكـ ّ بطــن اهتــزاز. A •عن َدمــا يكــونُ طــو ُل الوتــر L = 4mLفإنَّــه يُصــ ِد ُر N صوتــاً أساســيّاً تواتُــره. f1 = 4vL : ﻧﻬﺎﻳﺔ ﻃﻠﻴﻘﺔ A •عن َدمــا يكــونُ طــو ُل الوتــر L = 3 m4فإنَّــه يُصــ ِد ُر b ِ ــره. f1 = 3 4vL : مدروجــه الثّالــث تواتُ ُ m L=3 4 •تُحـ ِّـددُ المدروجــات انطالق ـ ًا مــن العالقـ ِـة المُحـ َّـددة لطــو ِل الوتــر. L = (2n - 1) m4 = (2n - 1) 4vf : •تُ ِّ الخاصة من العالقة f = (2n - 1) 4vL : حددُ الت َّواتُرات ّ الصادر. ب n = 1, 2, 3, 4 ffويُمثّل )(2n - 1 مدروج َّ حي ُ َ ث n :عددٌ صحي ٌح مو ِج ٌ الصوت ّ ﻫﺰﺍﺯﺓ ﺟﻴﺒﻴﺔ ﻣﻐﺬﺍﺓ تطبيقاتُ األمواج ا ُملست ِق َّرة ِ وتر َمشدود: االهتزاز انتشار قياس سرعة ُ العرضي في ٍ ِ ِ ّ أجرب وأستنتج: ّ تغييــر توات ُ ِرهــا َ - f العظمــى Y maxصغيــرة ،ي ُ ِ بكــرة -حامــ ٌل ــن المواد الالزمة :هــ ّزاز ٌة جيبيّــة ٌ مُغــ ّذا ٌة ســعتُها ُ مك ُ ُ معدنــي -كفَّـة ُ (حاملــة) أثقــال -أوزا ٌن مُ ِ ختلفــة -وتـ ٌـر مـ ِرن طولُــه - Lوحــدةُ تغذيـ ٍـة -أســا ُك ّ توصيــل ِ -مســطرة. 176 خطوات التجربة: ت البكرة على الحامل. 1 .1أثبِّ ُ طرفي الوتر بشعبة اله ّزازة (النّقطة .) a ت أحد 2.2أثبِّ ُ ّ أمر ُر الوتر على مَح ّز البكرة (النّقطة ) bلتش ّكل عقدة ثابتة ،وأعلّق بطرفه المتدلّي كفة األثقال. ِّ 3.3 ُّ ـي 4 .4أضـ ُ ـع فــي الكفــة ثق ـا ً مناســباً يش ـد الوتــر بوضــع أفقــي (ق ـوَّة شــد الوتــر ) FTويجعــل تواتُــر صوتــه األساسـ ّ . f1 = 10 Hz َّ 5.5عندَما تعم ُل الهزَّازة بتوات ُر ، f = f1يتشك ُل في الوتر مغزل واحد ،أعلِّ ُل ذلك؟ 6.6ماذا أُسمِّي الصَّ وت النّات َج في هذ ِه الحالة؟ بين عقدت َين مُتتاليتَين ،ماذا تمثِّ ُل هذه القيمة؟ أقيس المسافةَ َ ُ 7 .7 أحسب طو َل الموجة ،وسرعة االنتشار؟ 8.8 ُ َّ سمي الصَّ وت النَّاتج؟ 9.9عندَما تعم ُل الهزَّازة بتوات ُر ، f = 2f1يتشك ُل في الوتر مغزال ِن ،ماذا أ ُ ّ سمي الصَّ وت النّاتج. الرنّانة ليُصبِ َ ح f = 3f1وأ ُ ّ 1010أش ّكل ثالثة مغازل في الوتر بتغيير توات ُر ّ ّ 1111أُحافــ ُ المعلَّــق الســابق وأضيــف أثقــاال ً جديــد ًة إلــى كفَّــة األثقــا ِل بحيــ ُ ظ علــى التّوات ُــر ّ ُ ــي ُ ث يكــو ُن الثّقــ ُل الكل ّ ـص؟ بطــرف الوتــر أربع ـةَ أمثــال مــا كا َن عليــه ،هــل يــزدادُ عــددُ المغــازل أم ينقـ ُ الســابق ،وأُحافـ ُ 1212أُحافـ ُ ـص طــو َل الوتـ ِر ،هــل يــزدادُ ظ علــى التّواتُــر ّ ظ علــى األثقــا ِل السَّ ــابقة (قـوَّة شـ ّد الوتــر) وأُنقـ ُ ـص؟ عــددُ المغــازل أم ينقـ ُ النتائج: N ـطواني، ـب مــرنٌ أسـ ـم صلـ ٌ •الوتـ ُـر المشــدود :هــو جسـ ٌ ّ طولُــه كبيـ ٌـر بالنّســبة لنصــف قط ـ ٍر مقطعُــه ،مشــدودٌ بيــنَ نقطتَيــن ثابتتَيــن تؤلِّفــان عقدتَــي اهتــزا ٍز فــي ِ جملة ج ُمسـ ِ ـتق َّر ٍة عرضيّــة. أمــوا ٍ الهــزازة جــاوب عن َدمــا يكــونُ تواتُــر •يحــد ُ ّ ث الت ّ ُ المعلــوم : f f1 f2 = 2 f1 A N f3 = 3 f1 N A N N A m =L 2 n=2 A N N 2m 2 =L n=3 N A N ــز – – ُمســا ِوياً التّواتُــر األساســي للوتــر المُهت َ ّ ّ األساســي الصــوت الصــوت النّاتــج بـــ َّ ويُســمَّى َّ ّ m m 32 =L ــز ُمســاوياً ، L = 2 ويكــونُ طــولَ الوتــر المُهت َ ّ ـب ســرعة ُ االنتشــار مــن العالقــة v = m f وتُ َ حسـ ُ – –أو ُمسا ِوياً ُمضاعَفا ٍ األصوات النّاتجة بـ المدروجات. ت صحيح ًة منه f = n f1وتُسمَّى ُ ِ بزيادة ق َّوة الش ّد. وينقص •يزدادُ عددُ المغازل عن َدما يزدادُ طو ُل الوت ِر أو عن َدما يزدادُ تواتُر االهتزاز، ُ •تد ّل نتائج التّجا ِرب المُ ِ تتناسب: العرضي في الوتر المُهت َ ِّز ختلفة على أ َّن سرعة َ انتشا ِر االهتزا ِز ُ ّ الش ّد . FT ربيعي لق َّوة ّ 1 .1طرداً َ مع الجذ ِر الت ّ ّ f1 A 177 ِ وحدة الطّول من الوتر المُ ِ تجانس ،وتُسمَّى الكتلة الخطيّة . n ربيعي لكتلة 2.2عكساً مع الجذر الت ّ ّ أي: FT n v = const إ َّن هذا الثّابت في الجملة الدوليّة يُساوي الواحد ( .) const = 1 FT n )m (kg ث إ َّن الكتلة الخطيّة للوتر: حي ُ )L (m =v = nوواحدتها في الجملة kg.m -1 سرعة انتشار االهتزاز في الوتر ،وعن الكتلة الخطيّ ِة للوتر في ِ ِ عالقة تواتُر الوتر المشدود فنج ُد: ض عن • ِّ نعو ُ FT n n = 2L FT L m v n f = n 2L = 2L الصادر عن الوتر ،ويُ َّ قد ُر بالهرتز . Hz fتواتُر َّ الصوت البسيط ّ FTق َّوةُ ِّ شد الوتر ،وتُ َّ قد ُر بالنّيوتن . N Lطو ُل الوتر ،وتُ َّ قد ُر بالمتر . m -1 nالكتلة ُ الخطيّة للوتر ،وتُ َّ قد ُر بـ . kg.m الصادر عنه (المدروج). nعددٌ صحي ٌح يُمثِّ ُل عدد َ المغازل المُتك ّ ِونة في الوتر أو رتبة َّ الصوت ّ ضنا أ َّن وتراً طول ُه ، Lكتلتُه ، mومساحة ُ ِ مقطعه sوكتلتُه الحجميّة t؛ فتكونُ كتلتُه الخطيّة : n •إذا فر ْ L S n = trr 2 تطبيق: ـاوب مــع رنّانــة توات ُرهــا f = 50 Hz وتـ ٌـر مشــدودٌ ،طولُــه ، L = 1 mكتلتُــه m = 6 gمشــدودٌ بقـوَّة FTيهتـ ُّز بالتّجـ ُ ـاب: مُ ِّ ـوب حسـ ُ كونـاً خمسـةَ مَغــا ِزل .المطلـ ُ A A N 1 .1الكتلة الخطيّة للوتر. المطب َّقة على الوتر. 2.2قوَّة ش ّد الوتر ُ FT العرضي على طول الوتر. 3.3سرعة انتشا ِر االهتزاز ّ الم َ تك ِّونة. 4 .4عدد أطوا ِل الموجة ُ 178 A N A N A N N الح ّل: m 6 # 10 -3 = n= L = 6 # 10 -3 kg m -1 1 .1 1 السلك 2.2عندَما يهت ُّز الوتر بالتّجاوب يكونُ :توات ُر التّيَّار يساوي توات ُر ّ F n f = 2L nT 4L2 f 2 n 4 # (1) 2 # (50) 2 # 6 # 10 -3 = = FT k2 ( 5) 2 FT = 2.4 N 3.3 4 .4 2.4 = 20 m.s -1 6 # 10 -3 FT = n =v Lf 1 # 50 = Lعدد أطوال الموجة = v = 20 = 2.5 m ُ األمواج الكهرطيس ّية ا ُملست ِق َّرة: ِ اللتقاط ِّ لفزيوني،٭ هوائي مُستقبِ ٍل نستخدم ُ في مناز ِلنا البث الت ّ ٍّ ّ أو صحن اإلشارة ّ اللقط للقنوات الفضائيّة. نشاط: المست ِوية؟ كيف تتول َّ ُد َ 1 .1 ُ األمواج الكهرطيسيّة ُ َّ المستوية؟ 2.2ممَّا تتأل ُ ف الموجة ُ الكهرطيسيّة ُ المرســل بُعــدا ً مُ ِ ناســباً وعمودي ّـاً علــى 3.3مــاذا يحــد ُ ـع حاج ـ ٍز معدنـ ٍّ ـي ناقـ ٍ ث عن ـ َد وضـ ِ ـي ُ ـل مســتويٍّ يبع ـ ُد عــن الهوائـ ّ مَنحى االنتشار. ث للموجــة الكهرطيســيّة الــوا ِردة عندَمــا 4 .4مــاذا يحــد ُ ت ُالقــي الحاجــز؟ ـج عــن تداخُـ ِل الموجــة الكهرطيســيّة الــوا ِردة 5.5مــاذا ينتـ ُ الم ِ نعكســة؟ مـ َع الموجــة الكهرطيســيّة ُ الكهربائي؟ نكشف عن الحق ِل كيف َ 6.6 ُ ّ المغناطيسي؟ نكشف عن الحق ِل كيف َ 7 .7 ُ ّ ـي 8.8مــاذا يحص ـ ُل عن ـ َد نق ـ ِل كال الكاش ـفَين بيـ َ ـن الهوائـ ّ الم ِ رســل والحاجــز؟ ُ N A N A N A N A N A ﺗﺸﻜﻞ ﺍﻷﻣﻮﺍﺝ ﺍﻟﻤﺴﺘﻘﺮﺓ ﺍﻟﻜﻬﺮﻃﻴﺴﻴﺔ 179 النتائج: ﺣﺎﺟﺰ ﻣﻌﺪﻧﻲ ﻋﻘﺪﺓ ﻟﻠﺤﻘﻞ ﺍﻟﻜﻬﺮﺑﺎﺋﻲ y ﻭﺑﻄﻦ ﻟﻠﺤﻘﻞ ﺍﻟﻤﻐﻨﺎﻃﻴﺴﻲ ﻋﻘﺪﺓ ﺍﻟﺤﻘﻞ ﺍﻟﻜﻬﺮﺑﺎﺋﻲ E ﺑﻄﻦ ﻟﻠﺤﻘﻞ ﺍﻟﻤﻐﻨﺎﻃﻴﺴﻲ B z x ﺑﻄﻦ ﺍﻟﺤﻘﻞ ﺍﻟﻜﻬﺮﺑﺎﺋﻲ ﻋﻘﺪﺓ ﻟﻠﺤﻘﻞ ﺍﻟﻤﻐﻨﺎﻃﻴﺴﻲ س بشــكلِ قط ـ ٍع ُم ِ كافــئ ـع فــي ِمحـ َـر ٍق عاك ـ ٍ •تتول َّـ ُد األمـ ُ ـي ُمرســل يُوضَـ ُ ـواج الكهرطيســيّة المُســتوية بوســاطة هوائـ ّ ـي. دورانـ ّ •تتأل ّف الموجة ُ الكهرطيسيّة المُست ِوية من حقل َين ُم ِ كهربائي Eوحقلٍ مغناطيسي . B تعام َدين :حقلٍ ُ ّ •عن َدمــا تُالقــي األمــواج الكهرطيســيّة الــواردة حاجــزاً معدنيّــاً ِناقــا ً ُمســت ِوياً عموديّــاً علــى مَنحــى االنتشــار، ِ ِ ـع األمــواج ـس عنــه وتتداخ ـ ُل األمـ ُ ـواج الكهرطيســيّة ُ الــواردة مـ َ ـي المُرســل بُعــداً ُمناســباً ،تنعكـ ُ ويبع ـ ُد عــن الهوائـ ّ ِّ نعكســة لتُؤلــف أمواجــاً كهرطيســيّة ُم ِ الكهرطيســيّة المُ ِ ســتق َّرة. َ •نكشــف عــن الحقــل الكهربائــي Eبوســاطة هوائــي ُمســتق ِبل نضعُــه موا ِزيـاً للهوائــي المُ ِ رســل ،يُ ِ ـن تغييــر طو ِلــه، مكـ ُ ُ ّ ّ ّ ِ ِ ـم علــى شاشـ ِـة ـ يرتس ـى ـ حت ـي ـ الهوائ ل ـو ـ ط ـر ـ وتغيي ، ـي ـ ط هب م ز ـزا ـ اهت م ـ براس ل ب ـتق ـ س الم ـي ـ الهوائ ـي ـ ف طر ل ـ وص وعنـ َد َ ِ ِ ّ ّ ّ ُ ٍ َ َ ُ ّ ٌّ ٍ ٍ ـي المُســتق ِبل ُمســاوياً . m2 راسـم ِ االهتــزا ِز خــط بيانـ ٌّـي بســعة عُظمــى فيكــونُ أصغـ ُـر طــول للهوائـ ّ ـي Bبوســاطة حلقـ ٍـة نحاســيّ ٍة عموديّـ ٍـة علــى Bفيولِّــد فيهــا توتُّــراً نتيج ـة َ تغيُّــر •نكشـ ُ ـف عــن الحقــل المغناطيسـ ّ ُّ ـي الــذي يجتازُهــا. التّدفــق المغناطيسـ ّ •عن َدما ننق ُل ُك ّل ً من الكاشفَين بين الهوائي المُ ِ رسل والحا ِجز نج ُد اآلتي: ّ الكاشــف علــى داللـ ٍـة صغــرى ومســتويا ٍ ـتويا ٍ ت Nيــدلُّ فيهــا ِ ت للبطــون Aيــدلُّ فيهــا الكاشــف علــى داللـ ٍـة عُظمــى 1 .1توالــي ُمسـ َ ُ ُ ُمتســاوية األبعــا ِد عــن ِ بعضهــا ،قيمتُهــا m2بيــنَ ك ّل مســتويَين لهمــا الحالــة االهتزازيّــة نفســها. المغناطيسي وبالعكس. مستويات بطو ٍن للحقل الكهربائي هي مستويات عق ِد الحقل 2.2 ُ ُ ّ ّ المغناطيسي. وبطن للحقل الكهربائي الحاجز النّاقل المُستوي عقدةٌ للحقل 3.3 ُ ٌ ّ ّ ـع هــذه األمــواج بطي ـ ٍ والراداريّــة ف واس ـ ٍع مــن التّواتُــرات يشــم ُل األمـ َ •تتمتّـ ُ الراديويّــة ّ ـواج الطويلــة مث ـلَ األمــواج ّ َّ الســينيّة وأشــعة غامــا واألشــعة الكونيّــة. ـي واألشــعة ّ والمكرويّــة إلــى األمــواج القصيــرة مث ـلَ الضــوء المَرئـ ّ 180 يُمثِّ ُل ال َّشك ُل اآلتي ُمخطّطاً يُعرف بالطَّي ِ الكهرطيسي: ف َ ّ ﺍﺯﺩﻳﺎﺩ ﺍﻟﺘﻮﺍﺗﺮ )10-12 (cm ﺃﺷﻌﺔ ﻏﺎﻣﺎ 10-10 ﺃﺷﻌﺔ X ﺍﺯﺩﻳﺎﺩ ﺍﻟﻄﻮﻝ ﺍﻟﻤﻮﺟﻲ 10-8 10-4 10-2 ﻓﻮﻕ ﺑﻨﻔﺴﺠﻴﺔ ﺗﺤﺖ ﺍﻟﺤﻤﺮﺍﺀ ﺃﻣﻮﺍﺝ ﺍﻟﻤﻜﺮﻭﻳّﺔ 1 ﺃﻣﻮﺍﺝ ﺍﻟﺮﺍﺩﺍﺭﻳﺔ 102 ﺃﻣﻮﺍﺝ ﺍﻟﺮﺍﺩﻳﻮﻳﺔ ﺍﻟﻀﻮﺀ ﺍﻟﻤﺮﺋﻲ 400 ﻣﺨﻄﻂ ﺍﻟﻄﻴﻒ ﺍﻟﻜﻬﺮﻃﻴﺴﻲ 700ﻧﺎﻧﻮﻣﺘﺮ 181