تم استخراج محتوى الدرس من الملف المرفق، والدرس هو: **الدرس 1: الموجات**. الملف عبارة عن صفحات مصورة، لذلك تم التفريغ من صور الصفحات مباشرة.
تم استخراج محتوى الدرس من الملف المرفق، والدرس هو: الدرس 1: الموجات. الملف عبارة عن صفحات مصورة، لذلك تم التفريغ من صور الصفحات مباشرة.
الصور المستخرجة وتسميتها حسب الفقرة التابعة لها
| الصفحة | اسم الصورة المقترح | الفقرة التابعة لها | وصف الصورة |
| ------ | ---------------------------- | -------------------- | ----------------------------------------------------------- |
| 176 | موجات_المحيط_تنقل_الطاقة | ما الموجات؟ | موجات المحيط تتحطم على الصخور. |
| 176 | حركة_الطائر_تولد_موجات_الماء | ما الموجات؟ | طائر يقف في الماء وتنتشر حوله موجات. |
| 177 | الموجة_المستعرضة_في_الحبل | الموجات المستعرضة | حبل يوضح القمة والقاع واتجاه حركة الموجة واتجاه حركة الحبل. |
| 178 | الموجة_الطولية_في_النابض | الموجات الطولية | نابض يوضح التضاغط والتخلخل وحركة الموجة. |
| 179 | قياس_الطول_الموجي | الطول الموجي | رسم يوضح الطول الموجي في الموجة المستعرضة والطولية. |
| 179 | سعة_الموجة_المستعرضة | سعة الموجة المستعرضة | رسم يوضح القمة والقاع وسعة الموجة. |
| 180 | سعة_الموجة_الطولية | سعة الموجة الطولية | نابضان يوضحان موجة طولية ذات سعة أكبر وأخرى أقل. |
| 182 | قانون_الانعكاس | قانون الانعكاس | رسم يوضح زاوية السقوط وزاوية الانعكاس والعمود المقام. |
| 182 | انكسار_الضوء_في_الماء | الانكسار | شعاع ضوئي يتغير اتجاهه عند انتقاله من الهواء إلى الماء. |
| 183 | حيود_الموجات_حول_جسم | الحيود | موجات تنحني حول جسم. |
تفريغ الدرس بالترتيب
الدرس 1: الموجات
ما الموجات؟
في أثناء سباحتك في البحر يدلك ارتفاع الماء وانخفاضه على عبور الموجات بجانبك. بعض الموجات تكون قوية لدرجة أنها تدفعك بقوة إلى أعلى، وأحيانًا تكون خفيفة تدفعك بلطف. إنك تعرف موجات الماء لأنك تشاهدها وتحس بحركتها. لكن هناك أنواعًا أخرى مختلفة من الموجات تحمل إشارات؛ فبعضها يحمل إشارات إلى أجهزة الراديو والتلفاز. وموجات الصوت وموجات الضوء تنتشر حولك في كل مكان، وتمكنك من السمع والرؤية. كما أن الموجات الناتجة عن الزلازل تسمى موجات.
الموجات تنقل الطاقة وليس المادة.
الموجة Wave: اضطراب ينتقل عبر المادة أو الفراغ. والموجات تنقل الطاقة من مكان إلى آخر. ويمكنك مشاهدة موجات الماء كما في الشكل 1؛ فهي تحمل الطاقة، ثم تتحطم على الصخور المقابلة. فموجات الماء تنقل الطاقة عبر اهتزاز جزيئات الماء.
عندما تتحرك الموجة قد يبدو أنها تنقل المادة معها من مكان إلى آخر، لكن هذا لا يحدث؛ فعندما تتحرك الموجات خلال الأوساط الصلبة أو السائلة أو الغازية فإن المادة لا تنتقل معها. حركة الطاقة في الشكل 1 لا تنقل الطاقة إلى جزيئات الماء المجاورة، وتحدث بدورها نقل الطاقة إلى الجزيئات التي تليها، وهكذا حتى تبتعد الموجة بعيدًا. فالاضطراب ينتقل على سطح الماء، أما جزيئات الماء فلا تغادر موقعها أبدًا.
الشكل 1
الموجات تنشر الطاقة من مكان إلى آخر دون أن تنقل المادة من مكانها.
الطاقة المنقولة عبر موجات المحيط يمكنها تحطيم الصخور.
حركة الطائر تولد موجات على سطح الماء، تنتقل الطاقة خلالها.
في هذا الدرس
الأهداف
- تفسر كيف تنقل الموجات الطاقة.
- تميز بين الموجات الطولية والمستعرضة والكهرومغناطيسية.
- تصف خصائص الموجات.
- تصف انعكاس الموجات وانكسارها وحيودها.
الأهمية
الأجهزة المختلفة مثل التلفاز والمذياع والهاتف الجوال تستقبل المعلومات وترسلها عبر الموجات.
مراجعة المفردات
الكثافة: كتلة متر مكعب واحد من المادة.
المفردات الجديدة
- الموجة
- الموجات المستعرضة
- الموجات الطولية
- الطول الموجي
- تردد الموجة
- قانون الانعكاس
- الانكسار
- الحيود
*
أنواع الموجات
تنشأ الموجات عادة عن اهتزاز الأجسام، أي حركتها إلى الأمام والخلف. وطاقة اهتزاز الجسم هي ما ينتقل عبر الموجات. وهذه الطاقة تنتشر بعيدًا عن الجسم المهتز بأنواع مختلفة من الموجات، فمنها ما يعرف بالموجات الميكانيكية، وهذه لا تنتقل إلا خلال وسط مادي، والأخرى تعرف بالموجات الكهرومغناطيسية، وهذه يمكنها الانتقال عبر المادة والفراغ.
أ. أقسام الموجات الميكانيكية
1. الموجات المستعرضة
الموجات المستعرضة من أنواع الموجات الميكانيكية التي يبينها الشكل 2.
الموجات المستعرضة Transverse Waves: هي التي تسبب حركة دقائق المادة إلى الأمام وإلى الخلف في اتجاه عمودي على اتجاه انتشار الموجة نفسها.
فإذا ربط طرف حبل مع مقبض باب، وأخذت تحرك الطرف الحر للحبل إلى أعلى وإلى أسفل فسوف تتولد موجات مستعرضة، تنتشر على طول الحبل. النقاط العليا في الموجات تسمى قممًا، بينما تسمى النقاط الدنيا منها قيعانًا. وترى قممًا وقيعانًا بعضها تلو بعض بشكل موجات مستعرضة؛ حيث تتحرك القمم والقيعان على طول الحبل، في حين أن دقائق جسم الحبل تتحرك إلى أعلى وإلى أسفل.
الشكل 2
تتولد موجات مستعرضة عندما يهتز طرف الحبل إلى أعلى وإلى أسفل.
2. الموجات الطولية
الموجات الطولية نوع آخر من أنواع الموجات الميكانيكية، وتسمى أحيانًا الموجات التضاغطية. والشكل 3 يبين موجات طولية تنتقل خلال نابض.
الموجات الطولية Compressional Waves: تسبب حركة دقائق المادة إلى الأمام وإلى الخلف في اتجاه انتشار الموجة نفسها.
في الشكل 3 تسمى أماكن تقارب حلقات النابض تضاغطًا، بينما تسمى أماكن تباعد الحلقات تخلخلًا. وتوالي التضاغطات والتخلخلات بعضها تلو بعض يشكل موجة طولية؛ حيث تنتقل التضاغطات والتخلخلات على طول النابض، بينما تتحرك الحلقات إلى الأمام والخلف فقط.
ماذا قرأت؟
كيف تتحرك جزيئات المادة في الموجات الطولية؟
الشكل 3
الموجة المنتشره في النابض مثال على الموجة الطولية.
3. الموجات السطحية
عند حدوث الزلزال تنتشر الموجات الزلزالية عبر الأرض. بعض هذه الموجات طولية، وبعضها الآخر موجات مستعرضة. والموجات الزلزالية المسببة لأغلب ما يحدث من دمار للمباني هي نوع من الموجات السطحية تسمى موجات رايلي، وهي تراكب موجي من الموجات الطولية والمستعرضة معًا.
ب. الموجات الكهرومغناطيسية
موجات الضوء والراديو والأشعة السينية جميعها أمثلة على الموجات الكهرومغناطيسية. وهي تشبه الموجات المتولدة في الحبل في أنها موجات مستعرضة؛ حيث تتكون الموجة الكهرومغناطيسية من جزأين، أحدهما كهربائي، والآخر مغناطيسي، وكلاهما يهتز بشكل يتعامد على اتجاه انتشار الموجة.
خصائص الموجات
تعتمد خصائص الموجات على اهتزاز مصدر تلك الموجات. فعلى سبيل المثال لو حركت قلم رصاص بلطف في حوض ماء، فسوف تتولد موجات خفيفة متباعدة تبدأ في الانتشار على سطح الماء. لكن لو حركت القلم بسرعة فستتولد موجات أكبر، ويكون تقارب بعضها من بعض أكثر.
الطول الموجي
تسمى المسافة بين نقطة على الموجة وأقرب نقطة أخرى إليها تتحرك بنفس سرعتها واتجاهها الطول الموجي Wavelength. والشكل 4 يبين كيف يقاس الطول الموجي في كل من الموجات المستعرضة والموجات الطولية؛ فالطول الموجي للموجة المستعرضة هو المسافة بين قمتين متتاليتين أو قاعين متتاليين. أما الطول الموجي للموجة الطولية فهو المسافة بين مركزي تضاغطين متتاليين أو تخلخلين متتاليين.
الشكل 4
الطول الموجي للموجة المستعرضة هو المسافة بين قمتين متتاليتين أو قاعين متتاليين، والطول الموجي للموجة الطولية هو المسافة بين مركزي تضاغطين متتاليين أو مركزي تخلخلين متتاليين.
التردد
تردد الموجة Frequency: هو عدد الأطوال الموجية التي تمر بنقطة محددة خلال ثانية. إذا كنت تراقب موجات مستقرة في حبل فإن ترددها هو عدد القمم أو القيعان التي تمر أمامك في الثانية الواحدة. وبطريقة نفسها يكون تردد الموجة الطولية هو عدد التضاغطات أو التخلخلات التي تمر أمامك في الثانية الواحدة.
سعة الموجة المستعرضة
للموجة خاصية أخرى تسمى السعة. افترض أنك حركت نهاية الحبل الحرة إلى أعلى وإلى أسفل مسافة كبيرة، فإنك بذلك تكون قد أحدثت موجة مستعرضة فيها قمم عالية وقيعان عميقة، أي أن الموجة التي أنتجتها موجة كبيرة السعة. والسعة في نصف المسافة العمودية بين القمة والقاع، كما في الشكل 5. وبزيادة المسافة بين القمة والقاع تزداد سعة الموجة.
الشكل 5
تعتمد سعة الموجة المستعرضة على ارتفاع القمة وانخفاض القاع.
سعة الموجة الطولية
تعتمد سعة الموجة الطولية على كثافة المادة في موقعي التضاغط والتخلخل، كما في الشكل 6. فالموجات الطولية الكبيرة السعة تكون التضاغطات فيها أكثر تقاربًا، والتخلخلات أكثر تباعدًا بعضها عن بعض، مختلفة بذلك عن الموجة الطولية القليلة السعة؛ فاقتراب الحلقات في النابض المضغوط بعضها من بعض أكبر يسبب زيادة في تباعد الحلقات المجاورة لها أكثر.
ماذا قرأت؟
ما المقصود بسعة الموجة الطولية؟
الشكل 6
تعتمد سعة الموجة الطولية على كثافة المادة التي يحدث فيها التضاغط والتخلخل.
السعة والطاقة
إن الاهتزاز الذي يولد الموجات ينتقل إليها طاقة، وكلما زادت الطاقة التي تحملها الموجة زادت سعتها. فعندما تحرك يدك إلى أعلى وإلى أسفل مسافة أكبر لتوليد موجة مستعرضة في الحبل فإنك تنقل طاقة أكبر للموجة. ولأن الموجات الزلزالية الناتجة عن اهتزاز القشرة الأرضية تسبب الزلازل، فإنه كلما زادت طاقة الموجات الزلزالية زادت سعتها، وزاد الدمار الذي تحدثه في أثناء انتقالها على سطح الأرض.
سرعة الموجة
تعتمد سرعة الموجة على الوسط الناقل لها، وكلما زادت سرعة الموجات زاد عدد القمم أو القيعان التي تمر بنقطة معينة في الثانية. ويمكنك حساب سرعة الموجة إذا علمت كلًا من ترددها وطولها الموجي باستخدام العلاقة:
معادلة سرعة الموجة:
سرعة الموجة = الطول الموجي × التردد
ع = λ × د
حيث إن:
ع = السرعة
د = التردد، والوحدة الدولية التي يقاس بها التردد هي هرتز.
الهرتز الواحد يعني اهتزازًا واحدًا في كل ثانية، أي أن طولًا موجيًا واحدًا يعبر في الثانية الواحدة.
λ هو الحرف اليوناني لامدا ويستخدم للدلالة على الطول الموجي، ويقاس بالمتر.
تطبيق الرياضيات
حل معادلة بسيطة
سرعة الصوت
موجة صوتية ناتجة عن الرعد والبرق ترددها 34 هرتز، وطولها الموجي 10 م. ما سرعة هذه الموجة؟
الحل
- المعطيات
الطول الموجي = 10 م
التردد = 34 هرتز
ع = λ × د = ؟ م/ث
- المطلوب
سرعة الموجة.
- طريقة الحل
عوض القيم المعلومة لكل من التردد والطول الموجي في المعادلة:
ع = λ × د = 10 م × 34 هرتز = 340 م/ث
- التحقق من الحل
اقسم الجواب على الطول الموجي 10 م؛ يجب أن تكون النتيجة هي التردد المعطى وهو 34 هرتز.
مسائل تدريبية
- تنتشر موجة طولها 0.55 م في وتر. إذا كان ترددها 60 هرتز فما سرعتها؟
- موجة صوتية ترددها 10000 هرتز، تنتشر في الماء بسرعة 1500 م/ث، ما طولها الموجي؟
الأمواج تغير اتجاهها
لا تستمر الموجات في الحركة بخط مستقيم دائمًا. فعندما تنظر إلى المرآة تجدها قد غيرت اتجاه الضوء الساقط عليها إلى اتجاهك، أي أن الضوء غير اتجاهه عندما سقط على المرآة. فالموجات تنعكس عندما تسقط على سطح عاكس، وقد تغير اتجاهها عندما تدخل وسطًا آخر، وقد تنحني حول حواف الأجسام.
قانون الانعكاس
عندما ترتد الموجات عن سطح عاكس تخضع دائمًا لقانون الانعكاس، كما في الشكل 7. فالخط الذي يصنع زاوية 90 مع السطح يسمى العمود المقام على السطح.
وينص قانون الانعكاس Law of Reflection على أن الزاوية التي تصنعها الموجة الساقطة مع العمود المقام وتسمى زاوية السقوط، تساوي الزاوية التي تصنعها الموجة المنعكسة مع هذا العمود وتسمى زاوية الانعكاس.
الشكل 7
جميع الموجات، حتى موجات الصوت، تنعكس. زاوية الانعكاس تساوي زاوية السقوط.
الانكسار
تعتمد سرعة الموجة على خصائص الوسط الناقل. فموجات الضوء مثلًا تسير في الهواء بسرعة أكبر من سرعتها في الماء. ويبين الشكل 8 أن تغير سرعة الضوء كان سببًا في تغير اتجاه موجته. فعندما تحتاج موجة الضوء من الهواء إلى الماء انطلقت بسرعة فيها مما سبب تغيرًا في اتجاهها نتيجة تغير سرعة انتقالها.
قانون الانكسار Refraction: هو تغير اتجاه الموجة عندما تتغير سرعتها بسبب انتقالها من وسط إلى آخر.
الشكل 8
يحدث الانكسار عندما تتغير الموجة سرعتها، وقد غيرت موجات الضوء اتجاهها عندما نقصت سرعتها نتيجة انتقالها من الهواء إلى الماء.
تجربة: انكسار الضوء
الخطوات
- املأ كأسًا زجاجية إلى نصفها بالماء.
- ضع قلم رصاص في الكأس، ثم صف ما تلاحظه.
- أضف المزيد من الماء برفق إلى الكأس، ثم صف كيف يتغير منظر القلم.
التحليل
- كيف يعتمد شكل القلم كما تراه على مستوى الماء في الكأس؟
- أين تتغير سرعة موجة الضوء القادمة من القلم؟
- استنتج ما علاقة شكل القلم كما يبدو لك بتغير سرعة الضوء؟
الحيود
تنحني الموجات عند الحواف بسبب ظاهرة الحيود Diffraction، وهو انعطاف الموجات حول حواف الأجسام. والشكل 9 يبين أن الموجات لم تختف تمامًا بسبب وجود جسم في مسارها، ولكنها تجاوزته وانعطفت حوله.
ويعتمد مقدار الحيود على حجم الجسم مقارنة بطول الموجة. فعندما يكون العائق أكبر كثيرًا من الطول الموجي يكون الحيود صغيرًا، وعندما يظهر ظل خلف الجسم حيث لا تكون هناك موجات. ومع ازدياد الطول الموجي بالنسبة إلى أبعاد الجسم يزداد مقدار الحيود، حتى يكون الحيود أكبر ما يمكن عندما يصبح الطول الموجي أكبر كثيرًا من العائق.
الشكل 9
يعتمد حيود الموجة وانعطافها حول الجسم على حجم العائق وعلى طول الموجة.
حيود الصوت والضوء
تتماثل أطوال الموجات الصوتية مع أبعاد الكثير من الأجسام من حولنا، في حين أن أطوال موجات الضوء أقصر كثيرًا. ونتيجة لذلك فإنك تسمع أصوات أناس في حجرة مجاورة بابها مفتوح حتى إذا كنت لا تراهم.
الخلاصة
طاقة الموجة
- الموجات تنقل الطاقة ولا تنقل المادة.
أنواع الموجات
- الموجات المستعرضة تسبب اهتزاز دقائق الوسط في اتجاه عمودي على اتجاه انتشار الموجة.
- الموجات الطولية تسبب اهتزاز دقائق الوسط على امتداد اتجاه انتشار الموجة.
- الموجات الكهرومغناطيسية موجات مستعرضة تنتشر في الفراغ والمادة.
خصائص الموجات
- توصف الموجة بطولها الموجي وسعتها وترددها.
- تزداد الطاقة التي تنقلها الموجة بزيادة سعتها.
- سرعة الموجة تساوي حاصل ضرب طولها مضروبًا في ترددها، أي أن:
- تغير الموجات اتجاهها بالانعكاس والانكسار والحيود.
ع = λ د
اختبر نفسك
- حلل كيف تنقل الموجة الطاقة من مكان إلى آخر دون أن تنقل معها المادة؟
- فسر كيف تتغير المسافات بين حلقات النابض عندما تزداد سعة الموجة الطولية المارة خلاله؟
- توقع كيف يتغير الطول الموجي لموجات عندما يزداد ترددها، مع بقاء سرعتها ثابتة؟
- طبق حجران متماثلان، أحدهما ثقيل والثاني خفيف، سقطا من ارتفاع واحد في بركة، وضح لماذا ينتج عن سقوط الحجر الأثقل موجات سعتها أكبر؟
- التفكير الناقد: قارب سريع يولد موجات على سطح الماء، ويسحب أنبوبًا عائمًا. صف حركة الأنبوب عندما تمر به الموجات المتولدة خلف القارب.
تطبيق الرياضيات
- حساب سرعة الموجات: احسب سرعة موجة طولها 0.2 م، وترددها 15 هرتز.
- حساب الطول الموجي: احسب الطول الموجي لموجة سرعتها 3 م/ث، وترددها 0.5 هرتز.
جاري تحضير الدرس المعاد صياغته وبناء الأنماط
نحافظ على المعنى العلمي ونربط كل فقرة بنواتجها ومفاهيمها.
إعادة إنتاج الدرس حسب نمط التعلم
طلب واحد ينتج المسارات البصري والسمعي والحركي والقرائي معًا، بصياغة تراعي سياق المناهج السعودية.
اختر نمط التعلم
تُنتج الأنماط الأربعة دفعة واحدة، ثم تُستدعى الحزمة المحفوظة في الزيارات التالية.