فيديو السؤال: تحديد مقدمات الموجة المنكسرة الفيزياء • الصف الثاني الثانوي

نسخة الفيديو النصية

يوضح الشكل مقدمات موجة ضوئية تتحرك في الهواء وتسقط على سطح قطعة زجاجية. أي من الأشكال الأخرى يوضح توضيحًا صحيحًا مواضع وأبعاد مقدمات الموجة عند تحركها خلال القطعة الزجاجية؟ ولدينا في خيارات الإجابة الأشكال ‪A‬‏، ‪B‬‏، ‪C‬‏، ‪D‬‏، ‪E‬‏.

يدور هذا السؤال حول انكسار الضوء عند انتقاله من وسط إلى وسط آخر. ولعلنا نتذكر أن الانكسار هو تغير اتجاه الضوء. ينتقل الضوء بسرعات متباينة عبر الأوساط المختلفة الكثافة، ويتغير اتجاهه عند السطح الفاصل بين هذه الأوساط. وعلى وجه التحديد، ينتقل الضوء بسرعة أقل عبر الوسط الذي له كثافة أعلى.

بالنظر إلى الأشكال الموضحة في السؤال، نلاحظ أن الضوء ينتقل من الهواء ليمر عبر قطعة زجاجية. في هذا الشكل، رسم الضوء الساقط على القطعة الزجاجية على صورة سلسلة من مقدمات الموجة. تمثل مقدمة الموجة قمم موجة مستعرضة، كأننا ننظر إلى الموجة من أعلى. لكن الموجة نفسها تتحرك في اتجاه عمودي على مقدمات الموجة.

نحن نعلم أن كثافة الهواء أقل من كثافة القطعة الزجاجية. ومن هذا، نستنتج أن سرعة الضوء المار عبر القطعة الزجاجية ستكون أقل من سرعته في الهواء. يمكننا ملاحظة أن مقدمات الموجة في هذا الشكل المعطى تفصل بينها نفس المسافة. هذه المسافة هي الطول الموجي للضوء. ويمكننا تكبير هذا الضوء وتوضيح الطول الموجي. عندما تنتقل الموجة إلى وسط مختلف، يظل ترددها ثابتًا. وذلك لأن التردد يحدد طاقة الضوء. ومجرد الانتقال إلى وسط مختلف لن يغير طاقة هذه الموجة.

مع ذلك، لقد لاحظنا أن سرعة الموجة تتغير عند انتقالها إلى الوسط الجديد. ومن ثم، يمكننا تذكر المعادلة التي تربط بين سرعة الموجة وترددها وطولها الموجي. في هذه المعادلة، ‪𝑣‬‏ هي سرعة الموجة، ‪𝑓‬‏ هو التردد، ‪𝜆‬‏ هو الطول الموجي. دعونا نفترض أنه في الهواء، تكون سرعة الموجة هي ‪𝑣air‬‏، والطول الموجي هو ‪𝜆air‬‏، والتردد هو ‪𝑓air‬‏.

عندما تمر الموجة الضوئية عبر الزجاج، تقل سرعتها؛ أي إن ‪𝑣glass‬‏ تكون أقل من ‪𝑣air‬‏. ويظل التردد ثابتًا. هذا يعني أن ‪𝑓glass‬‏ يساوي ‪𝑓air‬‏. لذا، لكي تتحقق هذه المعادلة يجب أن يقل الطول الموجي أيضًا. لا بد أن يكون ‪𝜆glass‬‏ أقل من ‪𝜆air‬‏. بعبارة أخرى، عندما تنتقل الموجة الضوئية من الهواء إلى الزجاج، لا بد أن يقل طولها الموجي. وهذا يعني أن مقدمات الموجة ستكون قريبة بعضها من بعض. لذا، يمكننا استبعاد الشكل ‪D‬‏؛ لأن الطول الموجي فيه لا يقل.

ذكرنا منذ قليل أيضًا أنه عندما ينتقل الضوء إلى وسط له كثافة مختلفة، يتغير اتجاهه. وهذا يجعلنا نستبعد الشكل ‪B‬‏. وذلك لأنه لا يوضح تغيرًا في اتجاه الموجة.

في الشكلين ‪C‬‏، ‪E‬‏ نلاحظ أن الموجة تتسع بطريقة ما. وهذا لا يحدث عندما تنتقل موجة إلى وسط له كثافة مختلفة. الشيء الوحيد الذي يجب أن يحدث هو تغير اتجاه مقدمات الموجة. ومن ثم، يمكننا استبعاد الشكلين ‪C‬‏، ‪E‬‏.

وأخيرًا، يمكننا ملاحظة أن الشكل ‪A‬‏ يوضح السلوك المتوقع. عندما تنتقل الموجة إلى وسط له كثافة أعلى، يتغير اتجاهها ويقل طولها الموجي. إذن، الإجابة الصحيحة هي الشكل ‪A‬‏.