الفرق بين الموجات الطولية والموجات المستعرضة - Longitudinal Waves vs Transverse Waves

تعريف الموجات الطولية – Longitudinal Waves:

يتم تعريف الموجات الطولية على أنّها موجات قادرة على إزاحة الوسط في اتجاه معين، تتحرك إمّا في اتجاه الأمواج أو عكسها، تُعرف الموجات الميكانيكية الطولية باسم “الموجات الانضغاطية” (compressional waves)، هذا لأنّ هذه الموجات الميكانيكية تنتج الكثير من الانضغاط والضغط أثناء الحركة عبر الوسط، تسمّى هذه الموجات أيضًا “بموجات الضغط” (pressure waves)،حيث يوجد زيادة وانخفاض في الضغط أثناء انتقالها عبر الوسط.

أنواع الموجات الطولية:

الموجات الصوتية مثل الاهتزازات، موجات (P)، (P-Waves)، التي تنشأ من خلال الزلازل، وما إلى ذلك، هي بعض أنواع الموجات الطولية، في الموجات الطولية، يكون الوسط والموجات موازية لبعضهما البعض، تسمّى الموجات الطولية أيضًا بـ (L-Waves)، ولكن هنا، من المهم ملاحظة أنّ هذا الاختصار له معنى مختلف تمامًا في تخطيط القلب وعلم الزلازل.

في علم الزلازل، ترمز (L-Wave) إلى موجات لوف (love waves) أو “الموجات السطحية”، هذا هو السبب الذي جعل بعض الناس يختارون تسميتها (l-wave)، لا يوجد ذكر خاص للاختصارات؛ ومع ذلك، يتم استخدامها من قبل الناس من أجل راحتهم، يظهر هذا النوع من المصطلحات أيضًا في كتب الخيال العلمي.

موجات الضغط هي نوع آخر من الموجات الطولية، تظهر موجات الضغط في الحالات التي تعتمد فيها السرعة كليًا على كثافة المادة، تستخدم الصيغة المذكورة أعلاه في حساب موجات الضغط أيضًا، تشمل الموجات الطولية أيضًا موجات البلازما، تعرف موجات البلازما بأنّها موجات مرتبطة ببعضها البعض وتتحرك في اتجاه معين.

هناك ثلاثة أنواع رئيسية من الموجات الطولية، أي الموجات الزلزالية “الزلازل، البركان”، الموجات الصوتية، والموجات فوق الصوتية، تتحرك هذه الموجات بالتوازي مع الاتجاه الذي تنتقل منه الأمواج، تظهر الموجات الطولية عادةً في شد أو سحب الخيوط أو الأوتار، عندما نقوم بدفع أو سحب الأوتار، فإنّ الموجات أو القوة المطبقة تكون موازية لبعضها البعض، وبالتالي، تتحرك الموجات الطولية في اتجاه موازٍ.

حساب الطول الموجي والتردد للموجات الطولية:

كما ذكرنا سابقًا، فإنّ تلك الموجات الصوتية هي جزء من الموجات الطولية، لذلك، لحساب الطول الموجي وتردد هذه الموجات، يتم استخدام الصيغة التالية:

Y(x, t) = y0 cos { w (t – x/c) }

في الصيغة المذكورة أعلاه، تدل (Y) على الإزاحة؛ (X) هي المسافة من حيث قطعت الموجة؛ (T) تعني الوقت؛ (y0) هو المتغير الدوري؛ ويشير الحرف (C) إلى السرعة، بينما يرمز (W) إلى تردد الموجة، من المهم ملاحظة أنّ سرعة الموجة الصوتية تعتمد على درجة الحرارة والضغط والنوع وتكوين الوسط، الوسط هو أهم جانب من هذه لأنّه يظهر الموجة التي تحركت، تستخدم الصيغة المذكورة أعلاه في حساب موجات الضغط أيضًا.

تعريف الموجات المستعرضة – Transverse waves:

مع مفهوم الموجات الطولية، هناك نوع آخر من الموجات، وهو “الموجات المستعرضة” (transverse waves)، تعرف الموجة المستعرضة بأنّها الموجة التي تتحرك في الاتجاه العمودي، من أهم الأمثلة على الموجات المستعرضة الموجات الناتجة عن دقات الطبل، يتحرك غشاء الأسطوانة بشكل عمودي على السطح.

مثال آخر على الموجة المستعرضة هو الضوء، يخلق الضوء مجالات مغناطيسية وكهربائية تصور وسط وطريقة اتجاه الضوء، توجد الموجات المستعرضة في الغالب في المواد الصلبة التي لها مرونة عميقة، في بعض الحالات، عندما يكون هناك تشوه في المادة، تسمّى الموجة “موجة القص” (shear wave)، من ناحية الزلازل، تسمّى هذه الأنواع من الموجات أيضًا (S-Waves)، “موجات ثانوية”، تحدث تذبذبات الموجات المستعرضة في نفس اتجاه الموجات.

أمثلة على الموجات المستعرضة:

هناك صيغة رياضية أيضًا لهذه الموجات المستعرضة، في الرياضيات، يُطلق على أسهل نوع من الموجات المستعرضة اسم “الاستقطاب الخطي الجيبي” (linearly polarized sinusoidal)، وهذا ما يسمّى أيضًا بموجة مستوية بسبب اتجاه انتقالها غير المتغير، تتضمن بعض أمثلة الموجات المستعرضة ما يلي:

• التموجات على سطح الماء.

• أوتار الجيتار.

• الموجات الكهرومغناطيسية مثل موجات الضوء أو موجات الراديو أو الموجات الدقيقة.

• (S-Waves) أو الموجات الثانوية.

من المثير للاهتمام أن نلاحظ أنّ الموجات المستعرضة تنتقل في الوسط من خلال كثافات عالية ومنخفضة، هذه العملية تسمّى الخلخلة والضغط، وفقًا للخلخلة والضغط، يُلاحظ أنّ الموجات المستعرضة تنتقل فقط عبر المواد الصلبة، وبالتالي، فإنّ الموجات المستعرضة تكون متعامدة مع بعضها البعض ويمكن أن تنتقل فقط عبر الأجسام الصلبة.

جدول المقارنة بين الموجات الطولية والموجات المستعرضة: