موج تپ (Pulse Wave)، در فیزیک (Physics)
انواع امواج (Wave)، در فیزیک (Physics) را در آموزش زیر شرح دادیم :
موج تپ (Pulse Wave) :
موج تپ (Pulse Wave) یک اختلال یا آشفتگی منفرد و غیرتکرارشونده است که برای مدت زمان محدودی در محیط منتشر می شود. برخلاف امواج متناوب که به طور مداوم تکرار می شوند، یک تپ فقط یک بار رخ می دهد. ساده ترین مثال، تکان دادن یک سر طناب به سمت بالا و پایین فقط یک بار است: یک برآمدگی منفرد (تپ) در طول طناب حرکت می کند. مثال دیگر، صدای دست زدن یا یک انفجار کوتاه است. پالس ها برای انتقال اطلاعات در مخابرات (ارسال بیت های صفر و یک)، در رادار و سونار (ارسال پالس و شنیدن پژواک)، و در پزشکی (اولتراسوند) کاربرد اساسی دارند.
نمایش ریاضی پالس: یک پالس را می توان با تابعی مانند
\[ f(x - vt) \]نشان داد که در آن
\[ f(\xi) \]فقط در یک بازه محدود از
\[ \xi \]غیرصفر است و در خارج آن صفر می باشد. برای مثال، یک پالس مربعی یا یک پالس گاوسی. پالس ایده آل (که در عمل قابل تحقق نیست) تابع دلتای دیراک (Dirac delta function)
\[ \delta(t) \]است که بینهایت کوتاه و با مساحت واحد است. هر پالس واقعی دارای یک پهنای زمانی (Duration) و یک دامنه (Amplitude) است.
طیف فرکانسی پالس: یک ویژگی بسیار مهم پالس، پهنای باند فرکانسی (Bandwidth) آن است. طبق اصل عدم قطعیت در تحلیل فوریه، یک پالس با مدت زمان کوتاه (
\[ \Delta t \]) دارای پهنای باند فرکانسی وسیع (
\[ \Delta f \]) است و حاصلضرب این دو تقریبا از مرتبه 1 است (
\[ \Delta t \cdot \Delta f \approx 1 \]). به عبارت دیگر: - هر چه پالس کوتاه تر باشد، محدوده وسیع تری از فرکانس ها را شامل می شود. - هر چه پالس طویل تر باشد (تغییرات آهسته تر)، پهنای باند آن محدودتر است. این رابطه در طراحی سیستم های مخابراتی (تعیین نرخ ارسال داده) و رادار (تعیین قدرت تفکیک) بسیار مهم است. یک پالس بسیار کوتاه (مانند پالس های فمتوثانیه لیزر) دارای پهنای باند بسیار وسیعی است.
کاربردها: 1. مخابرات دیجیتال: اطلاعات به صورت رشته ای از پالس ها (نماینده بیت های 0 و 1) ارسال می شود. شکل پالس و نرخ ارسال پالس (نرخ بیت) تعیین کننده ظرفیت کانال ارتباطی است. 2. رادار و سونار: یک پالس کوتاه از امواج رادیویی (یا صوتی) فرستاده می شود و زمان بازگشت پژواک از هدف اندازه گیری می شود تا فاصله تعیین شود. هر چه پالس کوتاه تر باشد، قدرت تفکیک (توانایی تشخیص دو هدف نزدیک به هم) بیشتر است. 3. پزشکی (اولتراسوند): پالس های فراصوت به بدن فرستاده می شود و پژواک آنها برای تشکیل تصویر استفاده می شود. 4. لیزرهای پالسی: لیزرها می توانند پالس های بسیار کوتاه و پرتوان (فمتوثانیه، پیکوثانیه) تولید کنند که در ماشین کاری دقیق، جراحی چشم، و تحقیقات علمی کاربرد دارند. 5. الکترونیک دیجیتال: سیگنال های ساعت (Clock signals) در کامپیوترها به صورت پالس های مربعی هستند.
پدیده های مرتبط با پالس: - پاشندگی پالس (Pulse Dispersion): در یک محیط پاشنده، پالس به دلیل وابستگی سرعت به فرکانس، پهن شده و شکل آن تغییر می کند. این یک پدیده مخرب در مخابرات نوری است. - تضعیف پالس (Pulse Attenuation): پالس با حرکت در محیط، به دلیل جذب و پراکندگی، تضعیف می شود (دامنه آن کاهش می یابد).
