الموجات في وتر – الموجات المنتقلة والانعكاس والموجات الموقوفة
الفيزياءالاهتزازات والموجات16–17 سنةمختبر افتراضي
جارٍ التحميل…
سجّل الدخول للتشغيلوتر مكوّن من 81 خرزة، تُحل فيه معادلة الموجة بطريقة الفروق المحدودة. اختر طريقة تحريك الطرف الأيسر (تحريكه باليد، أو جعله يهتز اهتزازًا جيبيًا، أو إرسال نبضة واحدة)، واختر نوع الطرف الأيمن (مثبّت، أو حر، أو بلا نهاية لتمثيل وتر لا نهائي الطول)، واضبط الشد والتخامد لتشاهد الموجات وهي تنتقل، وتنعكس مقلوبة أو غير مقلوبة، وتكوّن موجات موقوفة. تتضمن الحركة البطيئة، والتقدم إطارًا بإطار، والمساطر، ومؤقتًا. مقتبسة من محاكاة "Wave on a String" من PhET Interactive Simulations، جامعة كولورادو بولدر (CC BY 4.0)؛ وأُعيدت كتابتها.
الدرس: الموجات الميكانيكية؛ انعكاس الموجات؛ الموجات الموقوفة
ماذا تعرض
ينقل الوتر المشدود موجة مستعرضة: تهتز كل نقطة منه إلى أعلى وإلى أسفل، بينما ينتقل الاضطراب على طوله بسرعة v = √(F/μ)، حيث F قوة الشد وμ كتلة وحدة الطول. ويرتبط التردد بالطول الموجي بالعلاقة v = fλ. عند الطرف المثبّت تنعكس الموجة مقلوبة، وعند الطرف الحر تنعكس غير مقلوبة، أما الطرف بلا نهاية فيمتصها فلا ترتد. وعندما تتراكب الموجة الساقطة والموجة المنعكسة تتكوّن موجة موقوفة فيها عقد لا تتحرك وبطون تهتز بأكبر سعة. ويُضعف التخامد السعة تدريجيًا كلما ابتعدت الموجة عن المصدر.
طريقة الاستخدام
اختر «نبضة» واضغط «إرسال نبضة»، ثم لاحظ انعكاس النبضة عند الطرف «مثبّت» وعند الطرف «حر». بعد ذلك اختر «اهتزاز» وغيّر «التردد f» حتى تتكوّن موجة موقوفة واضحة. زِد «قوة شد الوتر F» لترى كيف تتغير سرعة الموجة والطول الموجي. فعّل «إظهار المساطر» و«إظهار المؤقت» للقياس، واستخدم «حركة بطيئة» أو «خطوة» لمتابعة الحركة إطارًا بإطار، واختر «بلا نهاية» لإزالة الانعكاس.
المعاملات القابلة للتغيير
- نمط مصدر الموجة يدوي, اهتزاز, نبضة
- الطرف الأيمن للوتر مثبّت, حر, بلا نهاية
- السعة A 0.2–3 cm
- التردد f 0.2–6 Hz
- عرض النبضة 0.1–2 s
- قوة شد الوتر F 1–25 N
- التخامد 0–100 %
- حركة بطيئة
- إظهار المساطر
- إظهار المؤقت
- إظهار الخط المرجعي
أسئلة للاستكشاف
- لماذا تنعكس النبضة مقلوبة عند الطرف المثبّت وغير مقلوبة عند الطرف الحر؟
- إذا زادت قوة شد الوتر أربع مرات، فكيف تتغير سرعة الموجة والطول الموجي عند التردد نفسه؟
- لماذا لا تتكوّن موجة موقوفة عند اختيار الطرف «بلا نهاية»؟
