الموجات المستعرضة والطولية

أن المبادئ التي تنطبق عليها تنطبق أيضاً على كثير من الأنظمة المهتزة الأخرى. والموجات على الأوتار ما هي إلا مثال للموجات المستعرضة. وقد اطلق هذا الاسم عليها لأن جسيمات الوتر ــ او جسيمات الوسط التي تنتشر فيه الموجات عموماً ــ تتحرك في اتجاه عمودي (أو مستعرض على اتجاه انشار الموجة. فمثلاً ، عندما تنتشر الموجة على وتر من اليسار إلى اليمين يتحرك الوتر نفسه إلى أعلى وإلى  أسفل.

سوف نتعرف الآن على نوع آخر من الموجات بمساعدة التجربة الآتية. يستخدم في هذه التجربة زنبرك طويل موضوع على سطح منضدة ملساء ومثبت من أحد طرفيه ، ويوضح الشكل (1 أ) الزنبرك في حالة الاتزان. والآن إذا ضغط الزنبرك فجأة كما في الجزء (ب) فغن الحلقات القريبة للطرف الذي سلطت عليه القوة الضاغطة سوف تنضغط قبل أن يتعرض باقي الزنبرك إلى الاضطراب. ونتيجة لقوى المرونة المتولدة في هذا الجزء من الزنبرك سوف تؤثر الحلقات المنضغطة بقوة معينة على الحلقات بقوة معينة على الحلقات الواقعة على يمينها ، وبذلك ينتقل الانضغاط بطول الزنبرك إلى اليمين. وعندما يصل الانضغاط ليتحرك إلى اليسار ، كما هو مبين في (د).

من الواضح أن هذه الموجة ليست مستعرضة لأن اجزاء الزنبرك تهتز ذهاباً وإياباً في نفس اتجاه انتشار الموجة بطول الزنبرك. وتسمى مثل هذه الموجة التضاغطية ، التي تتحرك فيها جسيمات الوسط في اتجاه انتشار الموجة بالموجة الطولية.

الشكل (1): نبضة طويلة تتحرك بطول الزنبرك ثم تنعكس عند الطرف الثابت.

ويمكننا توليد موجة طولية مستمرة بتوصيل الطرف الحر للزنبرك بمصدر مهتز يقوم بدفع هذا الطرف وشده بالتناوب بتردد f ، وعندئذ سوف ترسل بطول الزنبرك مناطق مكدسة الحلقات بالتناوب مع مناطق ممتدة الحلقات ، وهذا موضح بالشكل (2 أ).

فإذا كان مصدر الاهتزاز يقوم بتحريك طرف الزنبرك حركة توافقية بسيطة، يمكن تمثيل المسافة بين الحلقات المتجاورة على الزنبرك بالمنحني المبين بالشكل  (2 ب). لاحظ ان التغير في امتداد وانضغاط الحلقات يتبع منحني جيبياً.

إضافة إلى ما سبق نقوم أن هذا النسق المجي من التضاغط والامتداد يتحرك بطول الزنبرك بسرعة معينة تتوقف على خواص الزنبرك . ويمكننا وصف الموجة الطولية بمساعدة الشكل (2 ب) بدلالة نفس المصطلحات السابق استخدامها في حالة الموجات المستعرضة . فالطول الموجي هو المسافة بين أي تضاغطين متتاليين أو أي امتدادين متتالين. والسعة هي الفرق بين المسافة الفاصلة بين حلقتين متجاورتين عند أقصى انضغاط (او أقصى امتداد) والمسافة بينهما في حالة اتزان الزنبرك. كذلك فإن نفس العلاقة بين السرعة v والتردد f والطول الموجي λ ، أي العلاقة v = f λ ، تظل صحيحة أيضاً في حالة الموجات الطولية.

وتعتبر الموجات الصوتية واحدة من أهم أمثلة الموجات الطولية.