الموجات
تُعرف الموجات فيزيائياً بأنها شكل من أشكال انتقال الطاقة، تنتشر ضمن وسط مادي من موقع إلى آخر دون إحداث تغيير على جزيئات الوسط الذي تنتقل به، بما معناه لا يَحدث أيّ انتقال أو إزاحة لأي كتلة بالتزامن مع انتقال الموجة، إلّا أنّ جزيئات الوسط تتخذ نمطاً عامودياً أو موازياً للتحرّك مع الاتجاه الذي تتحرّك به الموجة حول موقع ثابت.
أما فيما يتعلق بالموجات الكهرومغناطيسية فإنّ لها القدرة على الانتشار في وسط فارغ، أي إنّها لا تشترط وجود وسط مادي، ومن أبرز الأمثلة على الموجات الكهرومغناطيسية موجات الراديو، وأشعة إكس، وأشعة غاما، والضوء، ويمتاز هذا النوع من الموجات بانتشاره بسرعة الضوء المُقدّرة بـثلاثمائة مليون متر في الثانية عبر وسط فارغ.
الأوساط المادية
يُمكن للموجات الانتشار ضمن أوساط فيزيائيّة متعدّدة شرط أن يتوفر بها التماسك حتى تضمن انتقال الإشارات الموجية، وتصنّف هذه الأوساط على النحو التالي:
- وسط خطي (Linear Medium): وهو عبارة عن وسط يستقطب به جميع مطالات الأمواج عند أي نقطة في حال التقاء موجتين هناك.
- وسط محدد (bounded medium): يطلق عليه مُسمّى المحدد نظراً للإمكانية في تحديد القياس، وإلا كان غير محدد.
- وسط متجانس (Uniform medium): وهو الوسط الذي تكون جميع نقاطه متشابهة بالخواص الفيزيائية.
- وسط متماثل المناحي (isotropic medium): وهو الوسط الذي تتماثل به الخواص الفيزيائية لجميع النقاط بشتى الاتجاهات.
خصائص الموجات
تمتلك الموجات خصائص تميز سلوكها الفيزيائي عن غيرها من المجسمات، وهي:
- الانعكاس (Reflection): وهو ارتداد الموجة عند بلوغها حداً فاصلاً بين وسطين؛ إذ يطرأ تغيير على اتجاه الموجة فتعود إلى مصدرها عند بلوغها الحد، ويشار إلى أنه في الانعكاس المنتظم تتساوى زاوية السقوط مع زاوية الانعكاس في حال سقوط الموجة على سطحين متساويين، ومن الأمثلة عليه: انعكاس الصوت، وانعكاس الضوء، ويدخل الانعكاس في عدة استخدامات من أبرزها التنقيب عن النفط.
- الانكسار (Refraction): هي ظاهرة فيزيائية تُحدث تغييراً في الموجات وحركتها الناجمة عنها ضمن وسط مادي وجزيئاته، وتنتقل الطاقة عبر حركة معينة وعند بلوغها وسط يختلف بالكثافة عن الوسط الأوّل يطرأ تغيّر باتجاهها نتيجة تغيّر السرعة لها ولموجتها، ويعود ذلك نتيجة تقييد الوسط ذي الكثافة الأكبر لحركة الموجات به، فتنخفض سرعة هذه الموجات.
- الحيود (Diffraction): تعتبر هذه الخاصية غير مرئية بالعين المجردة وذلك إثر صغر أطوال الموجات المستخدمة، وتكتسب الموجة هذه الخاصيّة عند اصطدامها بعائق ما، وتتصّف هذه الموجات بأنّ لها انحناء واضح جداً يتمحور حول العوائق الصغيرة التي تقف في وجه الموجة أو عند انتشار الموجات عبر فتحات صغيرة.
- التداخل (Interference): وتُسمّى أيضاً بالتراكب، وتحدث هذه الظاهرة الفيزيائية على الموجات الصادرة من نقطة واحدة فيحدث بينهما تداخل، وقد يعزى السبب في هذا التداخل إلى التقارب بينهما في قيمة التردد، ويصنّف التداخل إلى:
- التشتت (Dispersion): ويُطلق عليها أيضاً التقزّح، وهي ظاهرة يطرأ بها انفصال لألوان الضوء عن بعضها، أي تشتيت الألوان المجتمعة في تأليف الضوء المنبعث، ويحدث الانكسار أو التشتت وفقاً لقيم الألوان المتفاوتة؛ إذ يتّخذ كل لون من الألوان المكوّنة له درجة انكسار خاصة به.
- التبعثر (Scattering): يحدث تبعثر الموجات في الجسيم عند حدوث تَصادم بينه وبين جسيم آخر؛ إذ تؤثر هذه الظاهرة الفيزيائية على الجسيمات المتنافرة فيما بينها، كما أنّه لا يحدث به تماس بين الجسيمات من الناحية الفيزيائية.
- الانتشار الخطي (Rectilinear Propagation).
- تداخل بنّاء: وهو التداخل الذي تمنح به كل إشارة للأخرى القوة، ويُشكّلان بمجموعهما موجةً ثالثة ذات مطال مضاعف، ويحدث ذلك في حال تساوي طور الموجة بين الموجتين.
- تداخل هدام: ويُشير هذا التداخل إلى أنه عند حدوث التداخل تدمّر الإشارة المنتقلة الأولى الإشارة الأخرى وتقلل من قيمتها، ويحدث ذلك عندما تساوي إزاحة الطور 180 درجة.
أنواع الموجات
تصنّف الموجات إلى أربع تصنيفات، وهي:
- موجات طولية.
- موجات عرضية.
- موجات كهرومغناطيسية.
- موجات ميكانيكية.