تم إلغاء تنشيط البوابة. يُرجَى الاتصال بمسؤول البوابة لديك.

فيديو السؤال: إيجاد الموجة الضوئية غير المترابطة مع الموجات الأربع الأخرى الفيزياء

يوضح الشكل خمس موجات ضوئية. ما الموجة الضوئية التي ليست مترابطة مع الموجات الأربع الأخرى؟ [أ] الشكل ‪(i)‬‏ [ب] الشكل ‪(ii)‬‏ [ج] الشكل ‪(iii)‬‏ [د] الشكل ‪(iv)‬‏ [هـ] الشكل ‪(v)‬‏

٠٨:٣١

‏نسخة الفيديو النصية

يوضح الشكل خمس موجات ضوئية. ما الموجة الضوئية التي ليست مترابطة مع الموجات الأربع الأخرى؟

لتحديد إذا ما كانت الموجات الضوئية غير مترابطة، علينا أولًا معرفة ما يعنيه أن تكون الموجات الضوئية مترابطة. ولفعل ذلك، علينا المقارنة بين خاصيتين مختلفتين للموجات وهما: التردد وفرق الطور. فلكي تكون موجتان ضوئيتان أو أكثر مترابطة، يجب أن يكون لها التردد نفسه وأن يكون فرق الطور بينها ثابتًا. إذا كانت أي من هاتين الخاصيتين غير متحققة، عندئذ أيًّا كانت الموجة التي ننظر إليها ستكون غير مترابطة.

بوضع ذلك في الاعتبار، فإننا عندما ننظر إلى هذا الشكل، نلاحظ أنه ليس لدينا أي أعداد، وإنما مجرد أشكال موجية عامة. ويرجع ذلك إلى أنه يمكن تحديد إذا ما كان للموجات تردد مماثل أو بينها فرق طور ثابت من خلال النظر إليها. على سبيل المثال، هاتان الموجتان مترابطتان. فلهما التردد نفسه وبينهما فرق طور ثابت. سنتناول بالتفاصيل كيفية تحديد هاتين الخاصيتين، لكن دعونا الآن نلق نظرة على الموجتين. إنهما متشابهتان إلى حد كبير، أليس كذلك؟ فهما لهما التردد نفسه، وبينهما فرق طور ثابت، أما الاختلاف الوحيد بينهما هو ارتفاع الموجتين أو السعة، لكن لحسن الحظ، لا يشارك هذا في تحديد إذا ما كانت الموجات مترابطة أم لا.

دعونا الآن ننظر إلى هاتين الموجتين. على الرغم من أنهما تبدوان مختلفتين إلى حد كبير، فهما لا تزالان مترابطتين. ومن ثم، في حين أن الملاحظة العامة قد تكون مفيدة، فإنه لا يمكننا الاعتماد عليها دائمًا لتحديد إذا ما كانت الموجات مترابطة. يجب علينا البدء بالنظر والتفكير في هذين الخاصيتين للموجات: التردد وفرق الطور. يخبرنا تردد الموجة بمعدل اهتزاز الموجة خلال فترة زمنية محددة. وهذا يعني أن الموجات ذات التردد الأعلى سيكون لها دورات موجية كاملة أكثر من الموجات ذات التردد الأقل، وهذا الأمر يمكننا، في أغلب الأوقات، من تحديد أي الموجات لها تردد أعلى أو أقل بمجرد النظر إليها.

لكن مرة أخرى، قد يكون هذا الأمر مربكًا عندما ننظر إلى موجات فروق الطور بينها مختلفة. فعلى الرغم من أن لها التردد نفسه، فإنها لا تتحاذى إحداها مع الأخرى. في هذه الحالات، للتأكد من أن الموجات لها التردد نفسه، علينا النظر إلى نقاط البداية والنهاية للموجات، ثم تحديد عدد الدورات الموجية الكاملة بين هذه النقاط. فالموجة الموجودة في الأعلى تتضمن دورتين موجيتين كاملتين ونقطة منتصف محددة تمثل نهاية الموجة الأولى وبداية الموجة الثانية.

هذه الموجة تبدأ من منتصف الارتفاع متجهة لأعلى وتنتهي عند منتصف الارتفاع متجهة لأعلى. وبذلك، تكمل دورة موجية كاملة، تمامًا مثل الموجة الثالثة، التي نراها تبدأ من قمة وتنتهي عند قمة. إذن، ثمة دورة موجية كاملة واحدة هنا أيضًا. وعندما تشترك موجتان في عدد الدورات الموجية نفسه خلال الفترة الزمنية نفسها، فهذا يعني أن لهما التردد نفسه.

بمراعاة ذلك، دعونا الآن نلق نظرة على الموجات الخمس الموضحة في الشكل ونر إذا ما كان أي منها له تردد مختلف. إذا ألقينا أولًا نظرة عامة على كل الموجات الخمس، فسنلاحظ أن الموجة الرابعة أكثر تمددًا قليلًا من الموجات الأخرى. لكن لكي نتأكد من ذلك، دعونا أيضًا نعد إجمالي عدد الدورات الموجية الموجودة بتلك الموجة، الذي وجدنا أنه يساوي ثمانية خلال هذه الفترة الزمنية. وهذا يختلف عن إجمالي عدد الدورات الموجية الموجودة، على سبيل المثال، في الموجة الثالثة، الذي يساوي 16.5 تقريبًا. وبالفعل، إذا أردنا قياس جميع الموجات، فسنجد أن الموجات الأولى والثانية والثالثة والخامسة جميعها لها نفس عدد الدورات الموجية الكاملة، وهو 16.5، ما يعني أن الموجة الرابعة لها تردد مختلف عن الموجات الأخرى، وهو ما يعني أنها لا يمكن أن تحقق أحد شرطي ترابط الموجات، وهو أن يكون لها نفس التردد، ومن ثم لا يمكن أن تحقق أيضًا شرط فرق الطور الثابت.

وهذا لأنه عندما يكون تردد الموجات مختلفًا، يتغير دائمًا الطور بالنسبة إلى غيرها. قد يتحاذى الطور عند بعض النقاط، لكن لكي تكون الموجات مترابطة، يجب أن يكون بينها فرق طور ثابت، وليس مجرد محاذاة من حين لآخر‪‎‬‏. إذن، الموجة الرابعة لها تردد مختلف ولديها فرق طور غير ثابت مقارنة بالموجات الأخرى. نحتاج وجود خاصية واحدة فقط غير متطابقة لكي تكون هذه الموجات غير مترابطة. لكن في حالة الموجة الرابعة، كلتا الخاصيتين غير متطابقة.

وفي حالات الموجات الأولى والثانية والثالثة والخامسة، جميعها لها التردد نفسه وبينها فرق طور ثابت. ولقد أثبتنا بالفعل أن هذه الموجات لها التردد نفسه؛ لأنها تحتوي على نفس عدد الدورات الموجية الكاملة. لكن لكي نتأكد من أن هذه الموجات الأربع مترابطة بالفعل، دعونا نتحقق من وجود فرق طور ثابت.

والطريقة التي يمكننا استخدامها لفعل ذلك في أي مجموعة من الموجات هي محاذاة إحداها مع الأخرى ومعرفة إذا ما كان لها الطور نفسه عند نفس النقاط الزمنية. بعبارة أخرى، هل جميعها لها قمم تقع عند نفس النقاط الزمنية؟ وهل جميعها تحتوي على قيعان تقع عند نفس النقاط الزمنية؟ وماذا عن نقاط المنتصف؟ هل تتحاذى أيضًا إحداها على الأخرى؟ إذا كانت جميع هذه الموجات تحتوي على الطور نفسه عند جميع النقاط المختارة، حتى النقاط غير المألوفة منها الموجودة بين النقاط التي نقيسها عادة، فهذا يعني أن لديها فرق طور ثابتًا بين بعضها. عندما يكون لدينا موجات متعددة كهذه، فإن تحديد إذا ما كانت مترابطة يمكن في كثير من الأحيان أن يتمثل في سؤال بسيط وهو: هل تبدو الموجات متشابهة باستثناء السعة؟ إذا كان الأمر كذلك، فمن المحتمل أن تكون مترابطة.

لكن يظل من الجيد دائمًا التحقق بطريقة محددة. ولا يمكننا دائمًا الاعتماد فقط على الملاحظة عندما لا يكون لدينا إلا موجتان نتعامل معهما؛ لأن هاتين الموجتين، على سبيل المثال، مترابطتان ببعضهما بالفعل. ويرجع ذلك إلى أنه ليس لهما نفس عدد الدورات الموجية الكاملة فقط، وهو اثنان، ولكن بينهما أيضًا فرق طور يساوي 90 درجة، وهو ثابت عند جميع النقاط. فالموجة بالأسفل تسبق الموجة بالأعلى بمقدار 90 درجة دائمًا عند جميع النقاط، وهو ما يعني أن فرق الطور ثابت، ومن ثم تكون هاتان الموجتان مترابطتين. لكن هذا النوع من السيناريو غير المألوف لا يحدث إلا في حالة وجود موجتين.

وبما أن فرق الطور يجب أن يكون ثابتًا بين الموجات الثلاث، ففي حين يكون فرق الطور الثابت بين الموجة الأولى والثانية يساوي 90 درجة، وفي هذه الحالة يكون فرق الطور بين الموجة الثانية والثالثة 90 درجة أيضًا، فإن فرق الطور الثابت بين الموجة الأولى والثالثة يساوي صفر درجة. وهو ما يعني أنه لا يوجد فرق طور ثابت بين الموجات الثلاث. الحالة الوحيدة التي يمكن أن يكون فيها جميع الموجات لها فرق طور ثابت هي أن يكون فرق الطور الثابت بين جميعها يساوي صفر درجة، وهو ما نراه في الموجات الأولى والثانية والثالثة والخامسة؛ حيث تكون جميعها مترابطة. أما الموجة الرابعة فليست مترابطة؛ لأن لها ترددًا مختلفًا وفرق طور غير ثابت.

إذن، من بين هذه الموجات الضوئية الخمس، فإن الموجة الضوئية الرابعة ليست مترابطة مع الموجات الأربع الأخرى.

تستخدم نجوى ملفات تعريف الارتباط لضمان حصولك على أفضل تجربة على موقعنا. معرفة المزيد حول سياسة الخصوصية لدينا.