ما هو تردد الموجات

مفهوم تردد الموجات:

هو عدد الموجات التي تمر بنقطة ثابتة في وحدة الزمن، أيضًا يمكن تعريفه بأنه عدد الدورات أو الاهتزازات التي يمر بها الجسم في حركة دورية خلال وحدة زمنية واحدة، يقال إن الجسم في حركة دورية قد خضع لدورة واحدة أو اهتزاز واحد بعد المرور عبر سلسلة من الأحداث أو المواقف والعودة إلى حالته الأصلية.

إذا كانت الفترة أو الفاصل الزمني المطلوب لإكمال دورة واحدة أو الاهتزاز هو 1/2 ثانية، يكون التردد 2 في الثانية وإذا كانت الفترة 1/100 من الساعة، يكون التردد 100 في الساعة، بشكل عام قيمة التردد هو مقلوب الفترة، أو الفاصل الزمني؛ أي التردد = 1 / فترة = 1 / (فاصل زمني)، مثلا التردد الذي يدور به القمر حول الأرض يزيد قليلاً عن 12 دورة في السنة وتردد الوتر A للكمان هو 440 ذبذبة أو دورة في الثانية.

الرموز الأكثر استخدامًا للتردد هي f والحروف اليونانية nu (ν) و omega (ω)، ويتم استخدام Nu في كثير من الأحيان عند تحديد الموجات الكهرومغناطيسية، مثل الضوء والأشعة السينية وأشعة جاما، بينما تستخدم أوميغا عادة لوصف التردد الزاوي؛ أي مقدار دوران جسم ما أو دورانه بالراديان لكل وحدة زمنية، وعادة ما يتم التعبير عن التردد بوحدة هيرتز التي سميت تكريما لعالم الفيزياء الألماني في القرن التاسع عشر هاينريش رودولف هيرتز، وقيمة واحد هيرتز يساوي دورة واحدة في الثانية، حيث إن مختصر هرتز هو أن كيلو هرتز واحد هو 1،000 هرتز، وواحد ميجا هرتز (ميجا هرتز) يساوي 1،000،000 هرتز، أما في التحليل الطيفي، فيتم أحيانًا استخدام وحدة تردد أخرى، وهي رقم الموجة.

امتصاص الموجات:

يعني الامتصاص في حركة الموجة نقل طاقة الموجة إلى المادة أثناء مرور الموجة خلالها، وتتناسب طاقة الموجة الصوتية أو الكهرومغناطيسية أو أي موجة أخرى مع مربع اتساعها؛ أي أقصى إزاحة أو حركة لنقطة على الموجة؛ وعندما تمر الموجة عبر مادة ما، يتناقص اتساعها بشكل مطرد، وإذا لم يكن هناك سوى امتصاص جزئي صغير للطاقة، فيُقال إن الوسيط شفاف لهذا الإشعاع المعين، ولكن إذا ضاعت كل الطاقة، يُقال أن الوسيط معتم.

تظهر جميع المواد الشفافة المعروفة امتصاصها إلى حد ما، على سبيل المثال يبدو المحيط شفافًا لضوء الشمس بالقرب من السطح، لكنه يصبح معتمًا مع العمق.

المواد ماصة بشكل انتقائي؛ أي أنها تمتص إشعاع أطوال موجية محددة، مثلا الزجاج الأخضر شفاف للضوء الأخضر ولكنه معتم للأزرق والأحمر، ويعتبر المطاط الصلب شفاف للأشعة تحت الحمراء والأشعة السينية ولكنه غير شفاف للضوء المرئي، وبالتالي فانه يمكن إزالة الإشعاع ذي الطول الموجي غير المرغوب فيه من خليط من الموجات عن طريق السماح لها بالمرور عبر وسط مناسب.

تسمى تلك المواد المصممة لامتصاص طول موجي معين أو نطاق من الأطوال الموجية بالمرشحات، وعندما يمر الإشعاع عبر المادة، يتم امتصاصه إلى حدٍ ما اعتمادًا على طبيعة المادة وسمكها، ويمكن اعتبار مادة متجانسة بسماكة معينة على أنها تتكون من عدد من الطبقات الرقيقة بشكل متساوٍ، وستمتص كل طبقة نفس الكسر من الطاقة التي تصل إليها.

اذا افترضنا شعاعًا من الموجات يمر من اليمين إلى اليسار عبر سلسلة من الطبقات d1 ، d2 ،d3) من الوسط، وإذا تم أخذ الامتصاص الجزئي بنسبة 33 في المائة، أو 1/3، بعد مرور الحزمة عبر الطبقة الأولى d1، سيتم تقليل طاقتها الأولية (E0) إلى E0 / 3، ثم سيتم امتصاص ثلث الطاقة E0 / 3 مروراً بالطبقة d2، وستدخل الحزمة d3 بطاقة 1/3 (E0 / 3) أو (E0 / 9).
وبالمثل، تمتص كل طبقة متتالية ثلث الطاقة التي تتلقاها، وبالتالي بالنسبة للإشعاع ذي الطول الموجي المحدد، فإن الطبقة الرفيعة في حدود الصغر ستقلل من طاقة الموجة بمقدار كسري يتناسب مع سمك الطبقة، التغير في الطاقة مع مرور الموجة عبر طبقة هو ثابت للمادة لطول موجي معين ويسمى معامل الامتصاص.

نطاق الترددات:

التردد في الموجات الكهرومغناطيسية:

تمتد الموجات الكهرومغناطيسية على نطاق هائل من الترددات (عدد التذبذبات في الثانية)، وفقط جزء صغير منها يقع في المنطقة المرئية، في الواقع فإنه من المشكوك فيه وجود حدود أدنى أو أعلى للتردد، باستثناء ما يتعلق بقابلية تطبيق الأجهزة الحالية، وهناك مصطلحات معتادة في الاستخدم للموجات الكهرومغناطيسية ذات التردد أو الأطوال الموجية المختلفة.

عادة يُعيِّن العلماء الموجات الكهرومغناطيسية حسب الحقول والموجات والجسيمات بترتيب متزايد لنطاقات التردد التي تنتمي إليها، والترسيم التقليدي للحقول والأمواج والجسيمات (مثل فوتونات أشعة جاما)، وتكون الفروق هي إلى حد كبير من أصل كلاسيكي (أي nonquantum)، وفي نظرية الكم ليست هناك حاجة لمثل هذه الفروق ومع ذلك فانه يتم حفظها للاستخدام الشائع.

يُستخدم مصطلح الحقل في حالة يكون فيها الطول الموجي للموجات الكهرومغناطيسية أكبر من الحجم المادي للإعداد التجريبي، ولتعيين الموجة يكون الطول الموجي مشابهًا للمدى المادي للإعداد أو أصغر منه، وفي نفس الوقت تكون طاقة الفوتون منخفضة، يكون وصف الجسيمات مفيدًا عندما يكون الطول الموجي صغيرًا وتكون طاقة الفوتون عالية.

التردد في الموجات الصوتية:

إن تغير الضغط في الموجة الصوتية يكرر نفسه في الفضاء على مسافة معينة، وتُعرف هذه المسافة بالطول الموجي للصوت، ويقاس عادةً بالأمتار ويمثله λ، وعندما تنتشر الموجة عبر الهواء، يستغرق طول موجة كامل فترة زمنية معينة لتمرير نقطة معينة في الفضاء وعادة ما يتم قياس هذه الفترة، التي يمثلها T في أجزاء من الثانية، بالإضافة إلى ذلك خلال كل فترة زمنية مدتها ثانية واحدة، يمر عدد معين من الأطوال الموجية بنقطة في الفضاء، يُعرف عدد الأطوال الموجية التي تمر في الثانية، بتردد الموجة الصوتية، ويقاس بالعادة بالهيرتز أو الكيلوهيرتز ويتم تمثيله بـ f.

هذا يعني أن الموجات الصوتية ذات الترددات العالية لها فترات قصيرة، بينما الموجات ذات الترددات المنخفضة لها فترات طويلة، وعلى سبيل المثال موجة صوتية بتردد 20 هيرتز سيكون لها فترة 0.05 ثانية (أي 20 طول موجي / ثانية × 0.05 ثانية / طول موجي = 1)، بينما موجة صوتية 20 كيلو هرتز سيكون لها فترة 0.00005 ثانية ( 20000 طول موجي / ثانية × 0.00005 ثانية / الطول الموجي = 1).

بين 20 هرتز و 20 كيلوهرتز يقع نطاق تردد السمع للبشر، ويُنظر إلى الخاصية الفيزيائية للتردد من الناحية الفسيولوجية على أنها نغمة، بحيث كلما زاد التردد زادت درجة الصوت المتصورة، هناك أيضًا علاقة بين الطول الموجي للموجة الصوتية وترددها أو مدتها وسرعة الموجة (S)، بحيث s = fλ= λ/T

الصوت له سمات مختلفة وهذه السمات هي أساسًا التردد والبنية التوافقية والشدة، والنتيجة المباشرة لاهتزاز الحبال الصوتية هي النغمة الأساسية للصوت، والتي تحدد نغمة الصوت، أما من الناحية الفيزيائية، فإن تردد الاهتزاز باعتباره السمة الصوتية الأولى يتوافق مع عدد نفث الهواء في الثانية، والتي تُحسب على أنها دورات في الثانية (cps أو Hz).

يتم تحديد هذا التردد بواسطة عوامل مستقرة ومتغيرة، وتعتمد المحددات المستقرة لنطاق الصوت الفردي على أبعاد الحنجرة فيما يتعلق بالجنس والعمر ونوع الجسم، بحيث كلما كانت الحنجرة أصغر، كلما زاد نطاق نغماتها، ضمن هذا النطاق الثابت بشكل فردي، وتشمل المتغيرات التي تؤثر على درجة صوت معين: شد الحبل وقوة إغلاق المزمار التي تشير إليها مقاومة المزمار وضغط الهواء الزفير.

التوتر المتزايد للعضلة الحلقيّة الدرقيّة (مثل موتر الحبل الصوتي الخارجي) يزيد من حدة الصوت، والعكس صحيح، كما وتضيف زيادة انسداد المزمار والجهد الزفير إلى تأثير التوتر هذا في ظل ظروف معينة، وعلى سبيل المثال، تنتج 100 اهتزاز في الثانية نغمة صدر منخفضة لصوت ذكر منخفض، في حين أن 1000 هي قريبة من “C العالية” للسوبرانو الأنثوية.

يشتمل النطاق الصوتي المتوسط ​​عادةً على جهازي أوكتاف موسيقيين (على سبيل المثال، 100 إلى 400 اهتزاز في الثانية)؛ قد يصل المطربين المدربين إلى ثلاثة أوكتافات أو أكثر، كما عرفت الممارسة الموسيقية لقرون ستة أنواع أساسية من الأصوات: الجهير والباريتون والتينور في الذَكر على عكس كونترالتو وميزو سوبرانو والسوبرانو في الأنثى، ولذلك فإن الجنس هو أحد المحددات الأولى لنوع الصوت في الفئتين.

يمثل نوع الجسم والدستور الفيزيائي العام المحدد الثاني لنوع الصوت الفردي؛ لأن أبعاد الحنجرة تختلف في التوافق الصارم إلى حد ما مع ما إذا كان نوع الجسم كبيرًا أو أجشًا أو ضعيفًا أو صغيرًا، وعادة ما يكون للذكر الرياضي الطويل حنجرة كبيرة وواسعة، وتظهر الملاحظات المتكررة أن الإناث القصيرة اللطيفة تميل إلى امتلاك حنجرة صغيرة ومبنية بدقة، عادةً ما تمثل الأنواع الصوتية المتوسطة للباريتون الذكري والأنثى الميزو سوبرانو أنواع الجسم الوسيطة المقابلة.