الموجة هي اضطراب ينتقل عبر وسط أو في الفراغ ناقلاً الطاقة دون نقل المادة.
موجات مستعرضة: اهتزاز عمودي على اتجاه الانتشار (مثل الضوء)
موجات طولية: اهتزاز في نفس اتجاه الانتشار (مثل الصوت)
السعة (A): أقصى إزاحة عن موضع الاتزان
الطول الموجي (λ): المسافة بين قمتين متتاليتين
التردد (f): عدد الموجات في الثانية (Hz)
الزمن الدوري: T = 1/f
العلاقة الأساسية: v = f × λ
مثال:
موجة ترددها 500 Hz وطولها الموجي 0.6m. ما سرعتها؟
v = f × λ = 500 × 0.6 = 300 m/s
الانعكاس: زاوية السقوط = زاوية الانعكاس
الانكسار: تغير اتجاه الموجة عند انتقالها بين وسطين مختلفين
قانون سنل: n₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂
سرعة الصوت في الهواء ≈ 340 m/s
سرعة الضوء في الفراغ = 3×10⁸ m/s
الضوء موجة كهرومغناطيسية لا تحتاج وسطاً
الحيود: انحناء الموجة عند حافة أو فتحة ضيقة
التداخل: بنّاء (القمم تتراكب) وهدّام (قمة مع قاع)
تأثير دوبلر: تغير التردد المسموع بسبب حركة المصدر أو المستمع
الطيف الكهرومغناطيسي: راديو → ميكروويف → تحت حمراء → مرئي → فوق بنفسجي → سينية → جاما
مثال (سنل):
ضوء ينتقل من هواء (n=1) إلى زجاج (n=1.5) بزاوية سقوط 30°
1×sin30° = 1.5×sinθ₂ → sinθ₂ = 0.5/1.5 = 1/3 → θ₂ ≈ 19.5°
⚠ أخطاء شائعة:
البصريات تدرس سلوك الضوء وتفاعله مع المادة، بما في ذلك الانعكاس والانكسار والعدسات والمرايا.
قوانين البصريات:
• قانون الانعكاس: زاوية السقوط = زاوية الانعكاس
• قانون سنل (الانكسار): n₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂
• معامل الانكسار: n = c / v (سرعة الضوء في الفراغ / سرعته في الوسط)
• الزاوية الحرجة: sin θc = n₂/n₁ (عند الانتقال من الأكثف للأقل كثافة)
• الانعكاس الكلي: يحدث عندما تتجاوز زاوية السقوط الزاوية الحرجة
المرايا والعدسات:
• معادلة المرآة/العدسة: 1/f = 1/do + 1/di
• التكبير: m = -di/do = hi/ho
• المرآة المقعرة: تجمع الضوء (بُعد بؤري موجب)
• المرآة المحدبة: تفرق الضوء (بُعد بؤري سالب، صورة مصغرة وهمية دائماً)
• العدسة المحدبة (اللامة): تجمع الضوء
• العدسة المقعرة (المفرقة): تفرق الضوء
مثال:
شعاع ضوء ينتقل من الهواء (n=1) إلى الزجاج (n=1.5) بزاوية سقوط 30°. ما زاوية الانكسار؟
الحل: n₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂ ← 1 × sin30° = 1.5 × sin θ₂ ← sin θ₂ = 0.5/1.5 = 0.333 ← θ₂ ≈ 19.5°
الجدول التالي يلخص خصائص الموجات الأساسية مع الرموز والوحدات والعلاقات بينها.
| الخاصية | الرمز | الوحدة | التعريف |
|---|---|---|---|
| التردد | f | هرتز (Hz) | عدد الموجات الكاملة في الثانية |
| الطول الموجي | λ | متر (m) | المسافة بين قمتين أو قاعين متتاليين |
| الزمن الدوري | T | ثانية (s) | زمن موجة كاملة، T = 1/f |
| السعة | A | متر (m) | أقصى إزاحة عن موضع الاتزان |
| سرعة الموجة | v | m/s | v = f × λ = λ / T |
| نوع الموجة | الطول الموجي | الاستخدام |
|---|---|---|
| موجات الراديو | الأطول (> 1 m) | البث الإذاعي والتلفزيوني |
| الميكروويف | mm إلى cm | الطهي والاتصالات |
| تحت الحمراء | 700 nm - 1 mm | أجهزة التحكم والتصوير الحراري |
| الضوء المرئي | 400 - 700 nm | الرؤية (أحمر → بنفسجي) |
| فوق البنفسجية | 10 - 400 nm | التعقيم وتسمير البشرة |
| الأشعة السينية | 0.01 - 10 nm | التصوير الطبي |
| أشعة جاما | الأقصر (< 0.01 nm) | علاج السرطان والتعقيم |
ملاحظة مهمة:
جميع الموجات الكهرومغناطيسية تنتقل بنفس السرعة في الفراغ (c = 3×10⁸ m/s) لكنها تختلف في التردد والطول الموجي. كلما زاد التردد قل الطول الموجي وزادت الطاقة (E = hf).