امواج مکانیکی (Mechanical Waves)، در فیزیک (Physics)
انواع امواج (Wave)، در فیزیک (Physics) را در آموزش زیر شرح دادیم :
امواج مکانیکی (Mechanical Waves) :
امواج مکانیکی دسته ای از امواج هستند که برای انتقال انرژی به یک محیط مادی نیاز دارند. این بدان معناست که آنها نمی توانند در خلاء منتشر شوند و همیشه به ذرات ماده (جامد، مایع یا گاز) وابسته هستند. منشاء این امواج، ارتعاش و نوسان ذرات محیط است. وقتی یک ذره در محیط به نوسان درمی آید، ذرات مجاور خود را نیز به نوسان وامیدارد و اینچنین انرژی مکانیکی در محیط منتشر می شود. سرعت انتشار امواج مکانیکی به خواص کشسانی و اینرسی محیط بستگی دارد.
برای درک بهتر، یک تار صوتی را در نظر بگیرید: وقتی به آن ضربه می زنید، انرژی ضربه به صورت موج در طول تار حرکت می کند. ذرات تار جابجا می شوند ولی خود تار جابجا نمی شود. این اصل بنیادی همه امواج مکانیکی است: انتقال انرژی بدون انتقال ماده. ویژگی مهم دیگر این است که سرعت موج مکانیکی در محیط های مختلف متفاوت است. برای مثال، صوت در هوا با سرعت حدود ۳۴۳ متر بر ثانیه حرکت می کند، اما در آب سریع تر (حدود ۱۴۸۰ متر بر ثانیه) و در فولاد حتی سریع تر (حدود ۵۰۰۰ متر بر ثانیه) است. این تفاوت به دلیل مدول الاستیسیته و چگالی محیط هاست.
امواج مکانیکی بر اساس جهت ارتعاش ذرات نسبت به جهت انتشار به دو دسته اصلی عرضی و طولی تقسیم می شوند. در امواج عرضی، ذرات عمود بر جهت حرکت موج نوسان می کنند (مثل موج در طناب). در امواج طولی، ذرات در جهت حرکت موج به جلو و عقب می روند (مثل صوت). همچنین امواج مکانیکی می توانند یک بعدی (روی تار)، دوبعدی (روی سطح آب) یا سه بعدی (درون یک volume) باشند.
معادله حاکم بر بسیاری از امواج مکانیکی خطی، معادله موج کلاسیک است:
\[ \frac{\partial^2 y}{\partial x^2} = \frac{1}{v^2} \frac{\partial^2 y}{\partial t^2} \]که در آن
\[ v \]سرعت موج و
\[ y \]جابجایی است. این معادله نشان می دهد که شتاب ذره متناسب با انحنای شکل موج است. امواج مکانیکی همچنین پدیده هایی مانند بازتاب، شکست، تداخل و پراش را از خود نشان می دهند که برای درک رفتار آنها اساسی است.
از دیدگاه انرژی، امواج مکانیکی حامل انرژی جنبشی و پتانسیل هستند. چگالی انرژی در یک موج به مجذور دامنه و مجذور فرکانس بستگی دارد. این ویژگی در کاربردهایی مانند امواج فراصوت در پزشکی (سونوگرافی) استفاده می شود که در آن امواج با فرکانس بالا انرژی کافی برای تصویربرداری یا حتی درمان دارند. به طور خلاصه، امواج مکانیکی یکی از بنیادی ترین مفاهیم فیزیک هستند که از مقیاس میکروسکوپی (ارتعاش اتم ها) تا مقیاس ماکروسکوپی (امواج لرزه ای) نقش کلیدی دارند.
