بازتاب امواج مکانیکی

زمان مطالعه: ۲ دقیقه

می خواهیم بدانیم با انتشار موج در طناب ، زمانی که یک سر طناب در دست ما و انتهای طناب به جایی بسته شده باشد، به طوری که در انتهای خود قابلیت حرکت کردن داشته باشد و یا محکم بسته شده باشد، چه اتفاقی در طناب رخ خواهد داد؟

می دانیم سرعت موج به دامنه یا فرکانس آن مرتبط نیست، بلکه به ویژگی های محیط انتشار وابسته است. به عنوان مثال، سرعت انتشار امواج آب به عمق آب بستگی دارد. و یا سرعت موج در طناب به نیروی وارد شده بر طناب و همچنین وزن طناب (جرم واحد طول) بستگی دارد. سرعت صوت در هوا نیز به دمای هوا وابسته است.

برای دو موج با دامنه های متفاوت که در یک محیط یکسان انتشار می یابند، موج با دامنه بزرگ تر انرژی بیشتری نسبت به موجی با دامنه کمتر به محیط منتقل می کند. اما چون محیط انتشار هر دو یکسان است، سرعت هر دو موج یکسان خواهد بود.

بازتاب موج (برگشت موج) از انتهای ثابت

زمانی که انتهای طناب به جایی بسته و محکم شده است که انتهای ثابت یا مرز سفت نامیده می شود، نیرویی برابر اما در خلاف جهتِ نیروی وارد بر خود را به محل اتصال طناب اعمال می کند. که این نیرو باعث ایجاد یک موج جدید می شود که در خلاف جهت موج اولیه در طناب حرکت می کند. خصوصیات سرعت، طول موج و دامنه این موج با موج فرودی یکسان و تنها جهت حرکت این دو موج وارونه است.

با در نظر گرفتن اصطکاک و اتلاف انرژی باز هم همه خصوصیات دو موج برابر و یکسان خواهند بود با این تفاوت که دامنه موج بازتابی کمتر از موج فرودی خواهد بود.

قسمتی از انرژی موج فرودی به صورت یک ارتعاش خفیف به مرزی که طناب به آن بسته شده داده می شود که موج عبوری نامیده می شود. اما به دلیل انتها و مرز سفت موجود، این ارتعاش بسیار جزئی قابل مشاهده نیست، به همین دلیل از آن صرف نظر می شود.

  • در بازتاب از انتهای ثابت با مرز سفت، اختلاف فاز موج فرودی و بازتابی، ۱۸۰ درجه است و جابجایی کل موج نیز صفر خواهد بود.

بازتاب از انتهای آزاد

انتهای آزاد به معنای آنست که یک سر طناب دارای قابلیت حرکت است. مثلا انتهای طناب را توسط یک حلقه داخل میله قرار داده ایم که به راحتی قابل حرکت دادن و آزاد است. به این ترتیب آخرین ذره طناب انرژی ارتعاشی خود را به مرز انتقال می دهد. یعنی زمانی که قله موج فرودی به مرز می رسد، آخرین ذره طناب آن جابه جایی را رو به بالا برمی گرداند. در نتیجه موج بازتابی از انتهای آزاد، برعکس نمی شود و نیروی عمودی خالص در انتهای آزاد طناب صفر است.

سرعت موج فرودی و بازتابی نیز یکسان است چون محیط انتشار این دو موج عوض نشده است. علاوه بر سرعت، فرکانس این دو موج نیز یکسان است پس در نتیجه طول موج ذرات نیز یکی خواهد بود.

  • همچنین واضح است که در بازتاب از انتهای آزاد، اختلاف فاز موج ورودی و بازتابی صفر است.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *