انتقال الأمواج وحركة الجزيئات

انتقال الأمواج وحركة الجزيئات

الأمواج الميكانيكية هي الأمواج التي تنتقل عبر وسيط مادي (صلب، سائل، أو غاز) بسرعة موجة تعتمد على الخصائص المرنة والجامدة لهذا الوسيط. يوجد نمطان أساسيان لحركة الأمواج الميكانيكية: الأمواج الطولية والأمواج العرضي. توضح الأشكال التالية كلي النمطين وتبين الاختلاف بين حركة الموجة وحركة جزيئات الوسيط الذي تنتقل عبره الموجة.

الأمواج الطولية

في الأمواج الطولية يكون انزياح الجزيئة موازياً لحركة الموجة الناشئة. دقق النظر في جزيئة واحدة ولاحظ حركتها، وكما تلاحظ فإن الجزيئات لا تنتقل مع الموجة وإنما تهتز أفقياً في وضع متوازن إلا أن تخمد حركتها بفضل الاحتكاك. الموجات الطولية سريعة وتكون أولى الموجات المسجلة عند حدوث زلزال ولذلك تسمى بالأمواج الرئيسية أو P Waves.


الأمواج العرضية

يكون انزياح الجزيئة في الأمواج العرضية متعامداً مع حركة الموجة الناشئة. لاحظ أن الجزيئات لا تنتقل مع الموجة وإنما تكتفي بالاهتزاز شاقولياً في وضع متوازن إلى أن تخمد حركتها. الأمواج العرضية هي أقل سرعةً من الأمواج الطولية وتسجل لاحقاً على راسمات الزلازل ولذلك تدعى بالأمواج اللاحقة أو الثانوية S Wave.




أمواج الماء

أمواج الماء هي مثال عن الأمواج المركبة من حركتين طولية وعرضية. بينما تنتقل الموجة من خلال التمايل فإن الجزيئات تنزاح بشكل دوراني مع عقارب الساعة وينخفض نصف قطر الدوائر مع زيادة العمق. أمواج Love هي أحد أشكال هذه الموجات التي تلي الأمواج الثانوية.






أمواج ريلي السطحية

مثال آخر عن الأمواج المركبة والتي يمكن أن توجد في المواد الصلبة هي أمواج Rayleigh. جزيئات المادة الصلبة التي تنتقل عبرها أمواج ريلي السطحية تنزاح في مسارات بيضوية يكون محورها الرئيسي (المحور الطويل) متعامداً مع سطح المادة. كلما ازداد العمق تناقص طول المحور الرئيسي لانزياح الجزيئة.
تختلف أمواج ريلي عن أمواج الماء في نقطة هامة جداً .. ففي حين أن الجزيئات في أمواج الماء تدور مع عقارب الساعة فإن الجزيئات السطحية في أمواج ريلي تتحرك في مسار بيضوي بعكس عقارب الساعة أما الجزيئات على عمق يزيد عن 1/5 من طول الموجة تتحرك في مسار بيضوي مع عقارب الساعة كما هو واضح في الشكل.



أمواج ريلي السطحية