ماهية الاهتزاز
يعرَّف مفهوم الاهتزاز بأنَّه الحركة الدورية التي تتكرَّر بانتظام حول نقطة توازن محددة، كما يمكن أن يحدث الاهتزاز في أجسام ميكانيكية أو حتى في الأنظمة الكهربائية؛ لذلك إن فكَّرت يوماً كيف لأوتار الغيتار أن تتحرك وتعطي كلٌّ منها رنة موسيقية محددة يكون الجواب بمعرفة مفهوم الاهتزاز.
تعدُّ حركة الاهتزاز الدورية عبارة عن حركة تتكرر بانتظام حول نقطة توازن وهي من أساسيات علم الفيزياء، ويمكن أن تظهر بكثرة في الأنظمة الصناعية والطبيعية، ومن الأمثلة عن الاهتزازات في الحياة اليومية:
1. ساعة بندولية
تعدُّ الساعة البندولية من الساعات الأكثر دقة في القرن السابع عشر وتعتمد آلية العمل فيها على وجود البندول المكوَّن من قضيب طويل وفي نهايته معلَّق في كتلة، وعند دفعه يتحرك ذهاباً وإياباً حول نقطة التوازن المحددة له.
2. أوتار الغيتار
تهتز مباشرة عند الضغط أو تحريك الأوتار، وينتج عن هذا الاهتزاز أصوات من الموسيقى، كما أنَّ هذه الاهتزازات تُنتِج ترددات تختلف بناءً على طول وتر الغيتار وما هو سمكه والدرجة المشدودة عليه، كما أنَّ لكل وتر من أوتاره رنة تختلف عن رنة الوتر الآخر.
العناصر الأساسية للاهتزاز
- السعة: تُعرَّف السعة بأقصى إزاحة للجسم عن موضع توازنه، ولها دور كبير في معرفة مدى قوة الاهتزاز أو بروز حركته.
- التردد: عدد الدورات أو الاهتزازات التي تقوم في واحدة من الزمن، وكلما زاد التردد زادت السرعة.
- الطور: موقع جسم يهتز في دورة اهتزاز عند لحظة محددة، ودائماً ما يعبَّر عن الطور بزاوية تُقاس بكلا الواحدتين (درجة أو راديان).
ماهية الموجة
تنتقل الاهتزازات من خلال أوساط مختلفة، مثل الصلبة والسائلة والغازية، وهذا يعتمد على خصائص الوسط وطبيعته، وتنتقل نتيجة تفاعلات تحدث بين الجزيئات، فتتشكَّل الموجة، فيمكن أن تكون موجة عرضية تتحرك بداخلها الجزيئات عامودياً أو موجة طولية تتحرك الجزيئات فيها باتجاه انتشار الموجة نفسه، ومن أنواع الموجات:
1. ميكانيكية
تتطلب الموجات الميكانيكية وسطاً مادياً، مثل الماء، والهواء، والمواد الصلبة كي تتنقل من مكان إلى آخر، فلا تتحرك الطاقة من خلالها إلا بوجود جزيئات في الوسط.
ولها نوعان:
- موجات طويلة.
- موجات عرضية.
2. كهرومغناطيسية
تنتشر الأمواج الكهرومغناطيسية في الفراغ ولا تحتاج إلى أي وسط مادي لتنتقل، فهي نوع من أنواع الأمواج المكوَّنة من مجالات متذبذبة كهربائية ومغناطيسية معاً.
تنتقل هذه الأمواج بسرعة الضوء بقرابة 300000 في الثانية الواحدة، ويمكن استخدامها في الاتصالات والطب والقدرة على التحكم عن بُعد.
خصائص الموجات
للموجات خصائص كثيرة تؤثر في مجالات حياتنا كافة ومنها:
- الطول الموجي: يُعرَف الطول الموجي بأنَّه المسافة بين نقطتين في الموجة بشرط أن تكونا متتاليتين وبالحالة نفسها، يؤثر في خصائص الموجة البصرية، مثل اللون.
- التردد: يقاس التردد بالهرتز وهو عدد الموجات المارة بنقطة محددة في وحدة من الزمن. ترجع أهميته إلى تأثيره في الطاقة المرتبطة بالموجة، فتزداد الطاقة بزيادة السرعة.
- السرعة: هي المسافة التي تُقطَع من قبل الموجة خلال واحدة من الزمن.
الاهتزازات والموجات في الطبيعة
تؤدي الموجات والاهتزازات في الطبيعة دوراً حيوياً لعدد من الظواهر، ومن الأمثلة عن الموجات في الطبيعة:
1. موجات الصوت
تنتقل موجات الصوت من خلال الهواء أو الماء أو من خلال أية مادة صلبة، فهي عبارة عن موجات ميكانيكية، وتُستخدَم في الاتصالات والموسيقى والطب.
2. الضوء
عبارة عن أمواج كهرومغناطيسية تنتقل بسرعة الضوء في الفراغ، وتُستخدَم في التصوير الفوتوغرافي ويدخل في تصنيفها:
- الأشعة فوق البنفسجية.
- الأشعة تحت الحمراء.
- الأشعة السينية.
3. الزلازل
تنتج موجات الزلازل عن تحرُّك الصفائح التكتونية تحت سطح الأرض، وتستخدم بهدف دراسة بنية الأرض والتنبؤ بالزلازل.
تطبيقات الاهتزازات والموجات
يوجد عدد من استخدامات الاهتزازات والموجات في مختلف المجالات، مثل:
1. الاتصالات
تعدُّ الاهتزازات والموجات جزءاً أساسياً من مجال الاتصالات، كما لا يُستغنى عنها في التكنولوجيا الحديثة، ومن بعض التطبيقات الرئيسة لها:
- في الاتصالات اللاسلكية، مثل الواي فاي والبلوتوث ويُعمل فيها من خلال موجات راديوية تنقل البيانات بين الأجهزة.
- عندما تشاهد التلفاز أو أي بث إذاعي عليك معرفة أنَّ الأمواج الراديوية هي التي تقوم بالأمر من خلال نقل الصوت والصورة معاً، وهي عملية إرسال إشارة من محطة البث إلى جهاز الاستقبال.
2. الطب
ساعدت الاهتزازات والموجات مجال الطب على تشخيص الأمراض بدقة وعلاج بعضها ومن هذه التطبيقات:
- ترغب كثير من السيدات في مراقبة حملهنَّ؛ لذلك يُستخدَم التصوير الطبي الذي يقوم على وجود موجات فوق صوتية تعطي صوراً للأعضاء الداخلية في جسم الإنسان، وذلك يستطيع الطبيب مراقبة نمو الجنين.
- تُشخِّص الأشعة فوق الصوتية حالات أمراض القلب وتكشف عن السرطان وأمراض الكلى، وذلك بتقييم الأنسجة والأعضاء.
3. الهندسة
تطوِّر الموجات والاهتزازات وتصمِّم الهياكل، ومن تطبيقاتها:
- يُستخدَم تحليل الاهتزازات الخاص بالهندسة المدنية والذي يحلل استجابة الجسور أو الأبنية لمواجهة الزلازل والرياح.
- يستخدم مهندسو الميكانيك الاهتزازات في دراسة بعض الأنظمة، كالمحركات أو المضخات والآلات، وهذا ما يساعدهم على تحسين أداء الآلة وتحديد مشكلة الاهتزاز بدقة.
أمثلة عن الأجهزة التي تعمل على أساس الاهتزازات والموجات
1. الهواتف المحمولة
تعرَّف على علاقة الموجات والاهتزازات بالهواتف المتنقلة التي بحوزتنا جميعاً:
- تتواصل من خلال الهاتف المحمول مع من تود رغم ابتعاد المسافات أو حتى ترسل البيانات مع الحفاظ على السرية دون مواجهة أي عذاب، وذلك من خلال الاتصالات الصوتية والتي يعتمد عليها الهاتف للقيام بأي أمر موجه إليه.
- تفعِّل خاصية الرنين عند تلقي أي إشعار أو مكالمة؛ لأنَّ الهواتف المحمولة جميعها تحوي على محرِّك للاهتزاز.
2. الرادار
إليك علاقة الرادار المستخدَم في كافة مجالات الحياة العسكرية والطيران بالموجات والاهتزازات:
- يكشف الرادار عن الأجسام ويحدد موقعها وسرعتها، ويُرسِل موجات كهرومغناطيسية ويستقبل أية إشارة مرتدة من الجسم.
- يُستخدَم في التطبيقات العسكرية والمدنية، مثل الطائرات والسفن إضافة إلى المركبات الأرضية، والتي يمكن من خلاله تحديد موقع ومراقبة حركة المرور.
تأثير الاهتزازات والموجات في الإنسان
تؤدي الاهتزازات والموجات دوراً هاماً في حياتك الشخصية، فيمكن أن يكون تأثيرها فيك إيجابياً من الجهة الصحية والنفسية، ومن هذه التأثيرات:
- تواجه في حال تعرَّضت في يوم من الأيام إلى ضوضاء عالية من حولك بعض المشكلات الصحية والنفسية، مثل فقدان السمع والشعور بالتوتر؛ لذا يأتي دور الموجات الصوتية في تشخيص مرضك لتقديم العلاج المناسب لك.
- قُدِّمت دراسات تشير إلى أنَّ الاهتزازات المطلقة يمكن أن تؤثر في مشاعرك إيجاباً، فهي تشعرك بالهدوء والراحة، كما تحسِّن الأصوات المحيطة المزاج، مثل السماع للموسيقى الهادئة.
- تتواصل بكل سهولة ومهما بعدت المسافات مع مَن تريد من خلال الهاتف الذي يعتمد على الموجات الكهرومغناطيسية.
- تعود الاهتزازات والموجات بالمنفعة الطبية عليك، فمن السهل أن تقوم بفحص طبي من خلال التقنيات الطبية المعتمدة عليها، مثل الرنين المغناطيسي، وهذا ما يؤثر في الجودة الصحية.
الاهتزازات والموجات في المستقبل
تعدُّ الموجات والاهتزازات من أهم الموضوعات التي تشغل علم الفيزياء، لما لها من تطبيقات متنوعة في الحياة اليومية، كما لها تأثير كبير وصحي في المستقبل.
من بعض الاتجاهات المستقبلية لها والتي ترجع عليك بالفائدة الكبيرة:
- طُوِّرت أنظمة الاستشعار مع حدوث الزلازل والهزات الأرضية في الآونة الأخيرة، والتي تعتمد اعتماداً رئيساً على الموجات بهدف رصد أي نشاط زلزالي، كما حُسِّنت من خلال الموجات أنظمة الإنذار التي تعمل مبكراً.
- عُزِّزت مصادر الطاقة المتجددة عند تحويل حركة الأمواج إلى طاقة كهربائية من خلال استغلال الهزات، وهذا ما يعزز الطاقة المتجددة.
- نُقلَت البيانات بسرعة وكفاءة عالية من خلال الاهتزازات والموجات وذلك مع التطور التكنولوجي الخاص في G5 و G6.
في الختام
تعدُّ الاهتزازات والموجات جزءاً أساسياً من حياة الفرد اليومية، فينتج أي فعل تقوم فيه عن حركة اهتزازية أو موجات مختلفة؛ لذلك لها مستقبل كبير يؤثر في حياتنا العملية.
أضف تعليقاً