فيديو السؤال: التمثيل البياني لإزاحة الموجة الطولية الفيزياء • الصف الثاني الثانوي

نسخة الفيديو النصية

يوضح الشكل موجة طولية تتحرك في زنبرك وأربعة تمثيلات بيانية للإزاحة والزمن. إذا كانت الإزاحة الموجبة تناظر تضاغط الزنبرك، فأي من التمثيلات البيانية يوضح التغير في الإزاحة مع الزمن للموجة في الزنبرك؟

بالنظر إلى الشكل، نجد أن الزنبرك موجود بالأسفل، ونعلم أن هناك موجة طولية تنتقل عبره. تذكر أن الموجات الطولية تعرف بأنها ذات حركة اهتزازية موازية لاتجاه الانتشار. هذا يعني أنه نظرًا لأن هذا الزنبرك هنا يحمل طاقة أو ينتشر أفقيًّا، فإن الزنبرك نفسه يهتز أو يتأرجح للأمام والخلف أفقيًّا أيضًا. اتجاها الانتشار والاهتزاز متوازيان لأنها موجة طولية. وهذا يتناقض مع الموجات المستعرضة، مثل الموجات الموضحة هنا باللون البرتقالي. لاحظ أنه عندما تنتشر هذه الموجة أفقيًّا، فإنها تهتز رأسيًّا مع تأرجح الوسط لأعلى ولأسفل، وتتحرك الموجة نفسها إلى اليسار أو اليمين.

في هذا الشكل، توضح الحركة الاهتزازية للزنبرك من خلال تناوب مناطق التضاغط والتخلخل. تذكر أن التخلخل هو عكس التضاغط؛ لأنه يشير إلى مناطق الموجة الطولية التي يكون فيها الوسط أكثر انتشارًا أو أقل كثافة. في زنبرك مثل الذي لدينا هنا، يظهر التخلخل عندما تكون حلقات الزنبرك أكثر تمددًا وأكثر تباعدًا بعضها عن بعض. من ناحية أخرى، التضاغط هو حيث يكون الوسط أكثر كثافة. يمكننا رؤية ذلك في الشكل؛ حيث تنكمش حلقات الزنبرك وتتقارب بعضها من بعض.

في هذا السؤال، نريد تمثيل تضاغط الزنبرك وتخلخله على صورة موجة على تمثيل بياني للإزاحة والزمن. إذن، مهمتنا هي تحديد أي من التمثيلات البيانية، ‪A‬‏ أو ‪B‬‏ أو ‪C‬‏ أو ‪D‬‏، يقوم بذلك على النحو الصحيح. توضح التمثيلات البيانية بعض الإزاحات الرأسية حول بعض مواضع الاتزان، التي يمثلها خط أفقي أسود في كل تمثيل بياني. علمنا أن الإزاحة الموجبة يجب أن تشير إلى التضاغط في الزنبرك. لذلك، سيكون من المفيد تحديد النقاط في الزنبرك التي تتعرض لأكبر قدر من التضاغط. يمكننا ملاحظة أن الزنبرك يكون منضغطًا بأكبر قدر عند هذه النقاط الثلاث المحددة باللون البرتقالي. لذلك، سيوضح التمثيل البياني الصحيح نقاطًا ذات أقصى إزاحة موجبة، التي تقابل هذه النقاط على المحور الأفقي أو محور الزمن.

نلاحظ أن التمثيلين البيانيين ‪A‬‏ و‪B‬‏ لا يوضحان إزاحة عند هذه النقاط التي يكون تضاغط الزنبرك عندها أكبر ما يكون. وهذا غير صحيح. لذلك، دعونا نستبعد هذين الخيارين. بعد ذلك، لننظر إلى التمثيل البياني ‪C‬‏، وبالتحديد عند هذه النقاط على محور الزمن التي حددناها، والتي تمثل أكبر تضاغط للزنبرك. يوضح الخيار ‪C‬‏ الإزاحة عند هذه النقاط، ولكنها إزاحة سالبة. وهذا يتناقض مع ما نعرفه، وهو أن الإزاحة الموجبة تناظر تضاغط الزنبرك. لذلك، الخيار ‪C‬‏ غير صحيح أيضًا.

وبهذا يتبقى لدينا الخيار ‪D‬‏ الذي يوضح بالفعل إزاحة موجبة في اللحظات التي يكون للزنبرك فيها أكبر قدر من التضاغط. وبالمثل، يوضح التمثيل البياني على النحو الصحيح أقصى إزاحة سالبة عند النقاط التي يكون عندها الزنبرك أقل تضاغطًا، أو أكثر تخلخلًا. وعليه، نعلم أن التمثيل البياني ‪D‬‏ يوضح التغير في الإزاحة مع الزمن للموجة الطولية التي تنتقل عبر الزنبرك.