تم إلغاء تنشيط البوابة. يُرجَى الاتصال بمسؤول البوابة لديك.

فيديو السؤال: تحديد كيف يؤثر الطول الموجي على عدد أنماط التجويف الفيزياء

توضح الأشكال ﺃ، ﺏ، ﺟ أنماط الرنين في تجويف للموجات الكهرومغناطيسية التي تنبعث من نقطة في تجويف. بالنظر إلى الطول الموجي لموجة يمكنها أن تكون نمطًا رنينيًّا في تجويف وعدد الأنماط لهذا الطول الموجي التي يمكن أن توجد في هذا التجويف، هل تؤدي زيادة الطول الموجي إلى زيادة عدد الأنماط، أم تقلل منه، أم لا تؤثر عليه؟

٠٧:٠٤

‏نسخة الفيديو النصية

توضح الأشكال ﺃ، ﺏ، ﺟ أنماط الرنين في تجويف للموجات الكهرومغناطيسية التي تنبعث من نقطة في تجويف. بالنظر إلى الطول الموجي لموجة يمكنها أن تكون نمطًا رنينيًّا في تجويف وعدد الأنماط لهذا الطول الموجي التي يمكن أن توجد في هذا التجويف، هل تؤدي زيادة الطول الموجي إلى زيادة عدد الأنماط، أم تقلل منه، أم لا تؤثر عليه؟

للإجابة عن هذا السؤال، علينا تحديد العلاقة بين الطول الموجي لموجة وعدد أنماط الرنين في تجويف، والتي يمكن أن توجد لهذه الموجة. دعونا أولًا نتناول كيفية عمل هذه التجاويف والموجات الموجودة داخلها. التجاويف، مثل تلك الموضحة لدينا، أجسام مثالية مفيدة لتمثيل خواص الأجسام السوداء. الأجسام السوداء أيضًا أجسام مثالية؛ مما يعني عدم وجودها في الطبيعة. لكن ما زال فهم الأجسام السوداء يساعدنا على فهم خواص بعض الظواهر الحقيقية على نحو أفضل.

لعلنا نتذكر أن الجسم الأسود ممتص مثالي؛ مما يعني أنه يمتص تمامًا كل الإشعاع الكهرومغناطيسي الساقط عليه، لكنه يمكن أن ينبعث من الجسم الأسود إشعاع أيضًا. من المهم أن نتذكر أن هذا ينطبق على أي إشعاع كهرومغناطيسي، وليس الضوء المرئي فحسب. لكن لكي نعبر بطريقة أبسط، يمكننا الإشارة إلى الإشعاع الكهرومغناطيسي بوجه عام على أنه الضوء. لتوضيح هذا المفهوم توضيحًا أفضل، دعونا نرسم جسمًا أسود في صورة تجويف يسمح بدخول الضوء، ولكن لا يسمح بخروجه.

على هذا النحو، دعونا نتناول دخول الضوء إلى هذا التجويف من خلال فتحة صغيرة. بمجرد دخول الضوء، لا يمكنه الخروج؛ ومن ثم ينعكس باستمرار عن الجدران الداخلية للتجويف. عند كل انعكاس، تمتص جدران التجويف بعضًا من طاقة الضوء. ومع امتصاص التجويف طاقة أكبر، تزداد درجة حرارته وينبعث منه إشعاع. في هذا الشكل التوضيحي، رسمنا فقط خطوطًا مستقيمة للمساعدة في توضيح المسار الذي يسلكه الضوء في التجويف. لكن علينا تذكر أن الضوء عبارة عن موجة.

لذلك، دعونا نرسم شكلًا آخر يمثل الضوء في التجويف في صورة شكل موجي. عندما نفعل ذلك، من المهم أن تساوي إزاحة الموجة صفرًا عند حدود جدران التجويف؛ لأن الضوء لا يمكنه أن يمر عبر الجدران. يسمى هذا الشرط بالشرط الحدي. وبسبب هذا الشرط الحدي، توجد أشكال موجية معينة يمكن أن توجد داخل التجويف، ولا يسمح بوجود الموجات التي لا تحقق هذا الشرط. لذا، على سبيل المثال، لا يمكن لموجة كهذه أن توجد في التجويف؛ نظرًا لأنها لا تحقق الشرط الحدي. ويرجع ذلك إلى أن إزاحة الموجة عند هذا الحد لا تساوي صفرًا. والموجات الوحيدة التي يمكن أن توجد في التجويف هي الموجات التي تساوي إزاحتها صفرًا عند جدران التجويف.

مع وضع كل ذلك في الاعتبار، دعونا نرجع إلى الأشكال الثلاثة المعطاة لنا في السؤال. علمنا من المعطيات أن الموجات الكهرومغناطيسية في كل شكل تنبعث من نقطة في التجويف. ويمكننا ملاحظة أن الموجات الموجودة في التجاويف تحقق جميعها الشرط الحدي الذي ذكرناه للتو؛ فإزاحتها جميعًا تساوي صفرًا عند جدران التجويف. نلاحظ مع ذلك أن الموجات الموضحة في التجاويف المختلفة جميعها لها أطوال موجية مختلفة. دعونا نقارن أطوالها الموجية.

من السهل ملاحظة أن الموجات الموضحة في الشكل ﺃ لها أطوال موجية قصيرة نسبيًّا، ولها دورة موجية كاملة؛ ومن ثم يمكن أن يتسع التجويف لكل من الإزاحتين الموجبة والسالبة. بالنسبة إلى الموجات الموضحة في الشكلين ﺟ، ﺏ نلاحظ أنه يمكن أن تتكون نصف دورة موجية فقط؛ لذا من الواضح أن لها أطوالًا موجية أكبر من الموجات الموضحة في الشكل ﺃ. الموجات الموضحة في هذين الشكلين لها أطوال موجية متشابهة إلى حد كبير، ولكنها ليست متماثلة.

يمكننا ملاحظة أن جميع الموجات في جميع الأشكال تنبعث من نقطة في التجويف. ومن ثم، فإن لكل منها طرفًا ثابتًا عند هذه النقطة هنا على الجدار الأيسر للتجويف. بمعلومية ذلك، يمكننا القول إن الموجة الموضحة في الشكل ﺟ، التي لها طرف آخر يقع عند أقصى الركن السفلي الأيمن من التجويف، لها طول موجي أكبر من الموجتين الموضحتين في الشكل ﺏ؛ حيث لا تمتد هاتان الموجتان إلى هذا الحد. وهكذا، نرى أن الطول الموجي للموجات المعطاة يزداد عندما ننظر إلى الأشكال من اليمين إلى اليسار، من ﺃ إلى ﺏ إلى ﺟ. علمنا أيضًا أن هذه الأشكال توضح أنماط الرنين الممكنة في التجويف. أنماط الرنين هي تلك الموجات التي يمكن أن تتكون في التجويف وفقًا للشرط الحدي، بحيث تساوي الإزاحة الابتدائية والنهائية للموجة صفرًا عند الجدران.

يطلب منا هذا السؤال معرفة ما إذا كانت زيادة الطول الموجي للموجة تؤدي إلى زيادة عدد الأنماط الممكنة في التجويف أم تقلل منه أم لا تؤثر عليه. يمكن أن تساعدنا الأشكال المعطاة في تحديد ذلك. بالنظر إلى الموجة الموضحة في الشكل ﺟ، التي نعلم أن لها أكبر طول موجي موضح، نجد أن الشكل لا يتسع إلا لتكون نمط واحد فقط في التجويف. وهذا يعني أنه مع تثبيت أحد الطرفين عند هذه النقطة كما ذكرنا سابقًا، ليس ثمة طريقة أخرى لرسم شعاع ضوء له الطول الموجي نفسه، بحيث يتسع التجويف له دون خرق الشرط الحدي. أما بالنسبة إلى الشكل ﺏ، فيمكن تكون نمطين لهذا الطول الموجي في التجويف. وبالنسبة إلى الشكل ﺃ، الذي يوضح أصغر طول موجي من بين الأشكال الثلاثة، فإن عدد الأنماط التي يمكن أن توجد في التجويف ثلاثة أنماط.

وهكذا، فقد لاحظنا أنه مع زيادة الطول الموجي، يقل عدد الأنماط المسموح بتكونها. ومن ثم، للإجابة عن السؤال الذي لدينا: هل تؤدي زيادة الطول الموجي إلى زيادة عدد الأنماط، أم تقلل منه، أم لا تؤثر عليه؛ فإننا نعلم أن الإجابة الصحيحة أنها ستقلل منه.

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