دراسة حركة الموجات الميكانيكية

تأتي أهمية دراسة حركة الموجات الميكانيكية كونها ظاهرة تدخل في العديد من أمور حياتنا، كما أن معرفتنا بخصائصها والسلوك الموجي لها تزودنا بالقدرة على استخدام هذه المعرفة لفهم ظواهر أكثر تعقيدا، مثل الطبيعة الموجية للضوء التي سندرسها في الفصل الدراسي الثاني من هذا الكتاب.

ونشير إلى أنه في حالة الموجات الميكانيكية فإن الطبيعة المادية للوسط الذي تتحرك فيه تتيح لنا

دراسة العديد من خصائصها والظواهر الناتجة عنها.

ونظرًا لأهمية الموجات الميكانيكية في حياتنا اليومية فسوف يدرسها الطالب في هذه الوحدة التي تنقسم إلى فصلين هما :

•        الموجات الميكانيكية.

•        الصوت.

حيث سيدرس الطالب في الفصل الثالث طبيعة الموجات الميكانيكية وأنواعها وخصائصها وقدرتها على نقل الطاقة، وما يرتبط بها من سلوك موجي .

وفي الفصل الرابع سيدرس الطالب الصوت، إذ يعتبر أحد أنواع الموجات الميكانيكية، حيث سنناقش كيف ينشأ الصوت وخصائصه كموجات ميكانيكية وكذلك بعض الظواهر المرتبطة به مثل ظاهرة دوبلر.

كما تشتمل هذه الوحدة على العديد من التطبيقات والأمثلة والاستكشافات والتجارب العملية التي تعزز من فهم الطالب للمحتوى.

1.      لأن الموجة هي التي تنتقل حاملة معها الطاقة أما جزيئات الماء فتتحرك حركة عمودية على حركة الموجة.

2.      بسبب تراكب الموجات وعبورها فوق بعضها بعضًا.

3.      لأن تردد الجرس الصغير أكبر أو ( يُحْدِثُ عددًا كبيرًا من الذبذبات في الثانية الواحدة ).

4.      بسبب الذبذبات التي تحدثها عند ضربها للهواء بأجنحتها.

الفصل الثالث : الموجات الميكانيكية

Mechanical Waves

لقد تعرف الطالب الموجات الميكانيكية من دراسته السابقة لوحدة الموجات وتطبيقاتها في الصف الثامن الأساسي، وتكونت لديه معرفة بالعديد من المصطلحات الفيزيائية المرتبطة بها كأنواع الموجات، وخصائصها، وبعض من الأنشطة التي تعززها. وفي هذا الفصل سيتم تأكيد ما درسه الطالب من مفاهيم للموجات الميكانيكية بما يتناسب مع مستواه العمري، كما سيتعرف مفاهيم جديدة ترتبط بها كالموجات الموقوفة وظاهرة الحيود وما يتعلق بها من تطبيقات وصيغ رياضية، ومصطلحات علمية ودراستها  وصفيًّا ورياضيًّا، كما سيقوم بربط ما درسه سابقًا بقدرة الموجات الميكانيكية على نقل الطاقة.

مخرجات التعلم:

12– 3 وصف خصائص الموجات الميكانيكية وشرح الكيفية التي تنقل بها الطاقة. 

أ. وصف الموجات الميكانيكية باعتبارها جسيمات وسط تتحرك حركة توافقية بسيطة.

التقديم والتنظيم :

- قم بعصف ذهني للطلاب وذلك بطرح سؤال مثل:

•        اعط أمثلة من حياتك اليومية على موجات ميكانيكية، ثم ناقشهم في إجاباتهم.

- اعرض عليهم شفافية تمثل الشكل (3-1) في  كتاب الطالب، وذلك لتوضيح بعضٍ من خصائص

 الحركة الموجية.

- اشرح للطلاب كيف أن الحركة الموجية تنشأ من اهتزاز الأجسام، ويمكنك إثبات ذلك من خلال نشاط بسيط ، كربط طرف خيط مثبت في حائط بشوكة رنانة وملاحظة تكون الموجات عند الطَّْْرْقِِِ على الشوكة الرنانة.

_ وضح للطلاب أن هناك خطأ شائعًا عند العديد من الناس وهو: عند حركة موجة في وسط ما فإن أجزاء الوسط تنتقل مع حركة الموجة، والحقيقة أن الموجة هي التي تتحرك داخل الوسط ، وليس هناك أي انتقال للمادة.

 _ أشر إليهم أنه إذا مرت موجة على ورقة عائمة في بركة ما فإن الورقة ستتحرك صعودا ونزولا مع الماء ولكنها لن تتحرك من مكانها مع حركة الموجة.

- لإثبات أن الحركة الموجية ناتجة من حركة جسيمات الوسط حركة توافقية بسيطة، قم  بتذكيرهم بما درسوه في الصف الحادي عشر عن الموجات المتولدة بسبب حركة النابض مثلاً. 

الاستكشاف ( 1 ) : انتشار الموجات الميكانيكية.

الإعداد المسبق: في حالة عدم توفر حوض الموجات المائية بالمدرسة يمكنك استخدام أي حوض زجاجي آخر لتوضيح طريقة انتشار الموجات الميكانيكية.

 الزمن المطلوب : 15  دقيقة.

حجم المجموعة :  6 طلاب.

الإجراءات :

1.      نبه الطلاب إلى عدم ضرورة ملء الحوض الزجاجي بالماء إلى حافته، وذلك تجنبًا لانسكاب

 الماء خارج الحوض.

2.      أنقل قطعة الفلين داخل الحوض من نقطة  إلى أخرى ولاحظ حركتها.

3.      وضح للطلاب أنه يمكنهم إحداث العديد من الموجات المتتالية داخل الحوض وذلك بضرب سطح الماء بطرف مدبب ( قلم مثلاً ) بشكل متتابع وملاحظة حركة انتشار هذه الموجات وحركة قطعة الفلين.

التحليل والتفسير:

1.      أفقيًّا في جميع الاتجاهات على شكل دوائر.

2.      عموديًّا إلى أعلى و إلى أسفل.

1. في الموجات الميكانيكية إذا اهتز أحد جزيئات وسط ما فإن هذا الاضطراب ينتقل بين الجزيئات واحدًا تلو الآخر ناقلاً معه الطاقة من طرف داخل الوسط إلى الطرف الآخر دون انتقال فعلي لهذه الجزيئات، وتعتبر حركة الذرات المفردة والجزيئات حركة توافقية بسيطة إذ تتحرك الجزيئات بانتظام على جانبي موضع استقرارها حركةً تتناسب فيه الإزاحة عكسيًّا مع قوة الإرجاع.

مخرجات التعلم:

12– 3 وصف خصائص الموجات الميكانيكية وشرح الكيفية التي تنقل بها الطاقة. 

ج. تعريف الموجات الطولية والموجات المستعرضة من حيث اتجاه حركة جسيمات الوسط وعلاقتها باتجاه انتشار الموجة.        

- ناقش الطلاب في مفهوم الموجات تمهيدًا لدراسة الموجات الطولية والمستعرضة بشكل أعمق.

- اسمح للطلاب باستخدام عدد من النوابض والحبال حتى يمكنهم إنتاج موجات ميكانيكية، وكذلك تفسير وبرهنة الفرق بين الموجات المستعرضة والموجات الطولية، وللتحقق من ذلك اطرح عليهم بعض الأسئلة من مثل: كيف يختلف اتجاه انتشار جزيئات الوسط في الموجات المستعرضة عنه في الموجات الطولية؟

- وضح للطلاب الفرق بين الموجات الطولية والموجات المستعرضة من خلال الأمثلة العديدة على كل منها، وتوضيح ذلك بالرسوم أو الأشكال المبينة في الكتاب.

• تأكيدا لما درسه الطلاب اشرح لهم باستخدام الرسوم التوضيحية كيف أن كل نقطة من جزيئات

 الوسط تتحرك حركة توافقية بسيطة.

 

مخرجات التعلم:

12– 3 وصف خصائص الموجات الميكانيكية وشرح الكيفية التي تنقل بها الطاقة. 

د. تعريف المصطلحات: طول الموجة،سرعة الموجة، الزمن الدوري، التردد، السعة، عند استخدامها لوصف الموجات الميكانيكية.

هـ. وصف كيف تعتمد سرعة الموجة على  خصائص الوسط.      

و. التنبؤ رياضيًّا بتأثير تغير أحد المتغيرات في المعادلة العامة للموجة( v = fl ) ، والتحقق من صحتها.

م3-12-2 تحليل البيانات المقدمة في جداول أو رسوم بيانية.

( و) تحديد سرعة الموجات الميكانيكية، أمثلة: الموجات المائية والموجات الصوتية.

( ز) ربط التغيرات الظاهرة في طول الموجة وترددها بسرعة المصدر من حيث علاقته   بالمشاهد.

- يمكن أن تستعرض مع الطلاب خصائص الموجات الميكانيكية من خلال عرض شفافية كما في

 الشكل (3 - 4) أو رسم موجة ميكانيكية على السبورة وعرض هذه الخصائص.

- استخدم جهاز الحاسوب ما أمكن ذلك من خلال برامج المحاكاة أو شبكة المعلومات لعرض هذه الخصائص بوضوح.

- اطلب إليهم رسم شكل الموجات الطولية والمستعرضة كما تمت دراستها في البند السابق وتوضيح خصائص هذه الموجات على الرسم.

- اشتق معهم العلاقة الرياضية بين سرعة الموجات الميكانيكية وكل من التردد والطول الموجي .

- درِّبهم على حل أمثلة رياضية من خلال العلاقة ( v=λf ) .

- فسّر لهم كيف أن تردد المصدر المتذبذب هو نفس تردد الموجة التي ينتجها.

- وجِّه الطلاب إلى استخدام بعض من مواقع الشبكة

 العالمية للاتصالات الدولية (الإنترنت) مثل:

http://www.deyaa.org/wav01.html

تعريفات مرتبطة بالحركة الموجية:

الموجات المائية: هي ذلك الاضطراب الذي ينتشر على سطح الماء ويقوم بنقل الطاقة من مكان لآخر.

تتولد موجات مياه البحر التي نشاهدها يوميًّا بسبب الرياح عادة، وتختلف خصائص هذه الموجات بين فترة وأخرى حسب سرعة الرياح, كما تتأثر خصائص هذه الأمواج بالظواهر الطبيعية التي يمكن أن تحدث في الماء، كالأعاصير والأنشطة البركانية والزلازل، وفي جميع هذه الأحوال تقوم بنقل الطاقة.

ارتفاع الموجة: المسافة العمودية بين قاع وقمة الموجة.

1. 

( أ ) 3 مرات كل ثانية يعني زمن الذبذبة    

  أي أن                     

( ب )               

2. الطول الموجي : يقل بمقدار النصف.

 سرعة الموجة : تبقى ثابتة.

3.

أ.  من الشكل نجد

         

ب. من الشكل نجد

            

ج. الزمن الدوري

                                                                                                       

د. السرعة

                                                                      

                                                 

مخرجات التعلم:

12– 3 وصف خصائص الموجات الميكانيكية وشرح الكيفية التي تنقل بها الطاقة. 

ب. وصف انتقال الطاقة بالموجات الميكانيكية .     

- يمكن أن تبدأ هذا الموضوع بتذكير الطلاب بما درسوه في الصف العاشر عن طرق انتقال الطاقة عبر المحيطات من مكان إلى آخر وهي :

 الإشعاع ، واللمس ، وتيارات الحمل وقارنها بكيفية قدرة المياه على نقل الطاقة عبر المياه بواسطة

الموجات .

- اشرح لهم ما يحدث في الطبيعة من نقل للطاقة بواسطة الموجات الميكانيكية عبر الأوساط المختلفة مثل: انتقال الطاقة الصوتية من خلال الموجات الميكانيكية عبر الهواء ، انتقال طاقة الزلازل في المحيطات عبر موجات الماء، الهزة التي تحدثها يدك تنتقل كموجة ميكانيكية عبر الحبل أو الزنبرك أو أي وسط آخر.

- وضّح لهم كيفية ارتباط مقدار الطاقة التي تنقلها الموجة الميكانيكية بسعة هذه الموجات من خلال أمثلة بسيطة فمثلاً : قد ترصد أجهزة رصد الزلازل في عمان وصول هزة أرضية ومع ذلك لا يشعر الناس بهذه الهزة؛ والسبب في ذلك وصول هذه الهزة دون طاقة تذكر؛ إذ إن سعة هذه الموجة تتضاءل عبر المسافة الطويلة التي تقطعها.

- يمكنك ربط العلاقة بين الطاقة والسعة رياضيًّا بما درسوه سابقًا كقانون هوك مثلاً .

- اعرض عليهم أحد الوسائط المتعددة مثل: قرص مدمج (  CD  ) أو شريط فيديو يبين انتقال الطاقة عبر الموجات الميكانيكية والآثار المترتبة على ذلك، كما حدث من نقل لطاقة زلزال تسونامي عبر موجات الماء، وغير ذلك العديد من الأمثلة.

- وجه الطلاب إلى استخدام بعض من مواقع الشبكة العالمية للاتصالات الدولية (الإنترنت) للتعرُّف على كيفية نقل الطاقة عبر الموجات

 الميكانيكية، مثال:                                                                                                       http://ar.wikipedia.org/wiki  

1. د

 

مخرجات التعلم :

12– 3 وصف خصائص الموجات الميكانيكية  وشرح الكيفية التي تنقل بها الطاقة. 

ز. شرح وصفي للظواهر التي تحدث للموجات  الميكانيكية كالانعكاس، والانكسار، والحيود.

م2-12-2 تنظيم البيانات في أشكال وجداول تتناسب مع النص أو التجربة

( ب ) رسم رسومات توضيحية تبين جبهة الموجة وشعاعها.

- يمكن أن تبدأ الموضوع بطرح أسئلة عامة عن الانعكاس مثل: تعرفت سابقًا على الموجات المسافرة وهي تلك الموجات التي تسير دون عائق، ماذا يحدث عند اصطدام الموجات المسافرة بحائل؟

- ناقشهم في الأشكال الواردة في الموضوع.

- وضّح لهم أن الانعكاس ينتج بسبب عدم قدرة الحائل على امتصاص الموجة.             

- قدّم لهم قانوني الانعكاس من خلال أمثلة عامة، مثلاً : كرة البلياردو عند اصطدامها بجوانب الطاولة فإنها ترتد بزاوية، وكذلك الكرة التي تصطدم بالأرض أو الحائط ترتد بزاوية، وزاوية السقوط تساوي زاوية الانعكاس.

- اشرح لهم كيف يكون شكل الموجة الميكانيكية المنعكسة عن حائل ما، إذا كانت الموجة المرسلة مستوية أو دائرية.

- وضّح للطلاب كيفية إمكان تطبيق قانونا الانعكاس في صنع آلات تفيدنا في حياتنا اليومية.

- اطلب إليهم ذكر أمثلة على هذه الآلات من غرفة الصف أو البيئة المحلية، ثم ناقشهم في فوائدها.

الاستكشاف ( 2 ): انعكاس الموجات المائية.

الزمن المطلوب : 20 دقيقة

حجم المجموعة : 7 طلاب

الإجراءات :

1.      هيئ الطلاب للعمل على شكل مجموعات، وفي حالة عدم وجود عدد كافٍ من أحواض   الموجات المائية يمكن تنفيذ هذا الاستكشاف على  شكل عرض عملي، على أن يتم إشراك جميع  المجموعات في النقاش أثناء تنفيذ الإجراءات.

2.      في حالة وجود حوض زجاجي واحد أو بلاستيكي كبديل لحوض الموجات المائية مكنك تنفيذ هذا الاستكشاف بوضع الحوض  على جهاز العرض العلوي واستخراج الناتج  على السبورة بإشراك أكبر عدد من الطلاب.

3.      من الطرق المستخدمة لجعل الحاجز يصنع زاوية مع اتجاه انتشار الموجات وضعه على إحدى زوايا الحوض.

4.      قد يجد العديد من الطلاب صعوبة في استخدام المسطرة لرسم خط يمثل مسار الموجة الساقطة و المنعكسة، ولذا عليك التأكد من قدرتهم على ذلك ومساعدتهم عند اللزوم.

5. ساعدهم في تحديد البيانات المختلفة على الورقة البيضاء.

6. دربهم على كيفية قياس زاوية السقوط وزاوية الانعكاس.

التحليل والتفسـير :

1.      دائرية في جميع الاتجاهات.

2.      ترتد كموجات مستقيمة وبشكل عمودي في الاتجاه المعاكس.

3.      ترتد كموجات مستقيمة بزاوية انعكاس تكون مساوية لزاوية سقوطها في الجانب المقابل من العمود المقام.

4.      الزاوية(ABO)  = الزاوية (GBO).       

1.

 - يمكن تطبيق قانوني الانعكاس في حالة السطح العاكس المقعر مثله مثل السطح المستوي، إلا أن شكل الموجات المنعكسة لا يشترط أن يكون مماثلاً للموجات الساقطة.

- يمكن تطبيق قانوني الانعكاس في حالة السطح العاكس غير المنتظم مثله مثل السطح المنتظم، وفي هذه الحالة سيكون لكل نقطة في مقدمة الموجة زاوية سقوط خاصة بها تساوي زاوية الانعكاس لتلك النقطة حسب موقع سقوطها.

2- الانعكاس هو ارتداد الموجات نتيجة اصطدامها بحاجز مادي، وينطبق على جميع أنواع الموجات.

- الصدى عبارة عن مجموعة من الانعكاسات المتتالية للموجات، وينطبق على الصوت فقط ولذلك يعرف الصدى بأنه تكرار الصوت الأصلي نتيجة الانعكاس.

3.

مخرجات التعلم :

12– 3 وصف خصائص الموجات الميكانيكية  وشرح الكيفية التي تنقل بها الطاقة. 

ز. شرح وصفي للظواهر التي تحدث للموجات  الميكانيكية كالانعكاس، والانكسار، والحيود.

م2-12-2 تنظيم البيانات في أشكال وجداول تتناسب مع النص أو التجربة

( ب ) رسم رسومات توضيحية تبين جبهة الموجة وشعاعها.

- ابدأ الموضوع من خلال ربطه بالانعكاس، كطرح سؤال مثل:

 درسنا سابقًا أن الانعكاس ينتج بسبب عدم قدرة الحائل على امتصاص الموجة لكن ماذا يحدث إذا استطاعت الموجة اختراق هذا الحائل وأصبح وسطًا ثانيًا تتحرك خلاله؟

- عند مناقشة الانكسار باستخدام الرسم نقترح عليك الخطوات التالية :

 أ ) ارسم خطًّا يمثل الفاصل بين الوسطين.

ب) ارسم خطوطًا تمثل مقدمة الموجة قبل وبعد دخولها الوسط الثاني.

ج) ارسم العمودي على الوسطين ( خط متقطع ).

د ) ارسم خطًّا يمثل اتجاه الموجة في الوسط الأول والوسط الثاني.

- أكد لهم أن الانكسار يحدث نتيجة اختلاف سرعة الموجة عندما تخترق وسطًا ما.

- وضح للطلاب كيفية تطبيق ظاهرة الانكسار في صنع آلات تفيدنا في حياتنا اليومية.

- يمكنك توضيح قانوني الانكسار من خلال نشاط إضافي مثل:

نشاط إضافي(1): انكسار الموجات المائية.

سؤال علمي: ماذا يحدث لحركة الموجة عند عبورها لوسطين مختلفين في الكثافة ؟

المواد والأدوات: حوض الموجات المائية، لوح زجاجي، ورقة بيضاء، دبوس، مسطرة ( عدد 2 ).

الإجراءات :

1. هيئ حوض الموجات المائية للعمل، ثم ضع اللوح الزجاجي عند أحد جانبي حوض الموجات المائية على زاوية منه؛ بهذا تكون أوجدت وسطين مختلفين في العمق وتكون سرعة الموجات المائية في الماء العميق أكبر من الماء الضحل.

2. ولِّد موجات مستقيمة عند أحد جانبي الحوض بحيث تتحرك إلى الجانب الآخر وتصنع زاوية مع الحد الفاصل بين الوسطين. 

3. راقب ما يحدث لهذه الموجات عندما تنتقل من الوسط الأول إلى الوسط الثاني.

4. يمكنك أخذ القياسات كما في الاستكشاف(2( وذلك من خلال الورقة البيضاء التي توضع تحت الحوض أو باستخدام جهاز العرض العلوي.

مخرجات التعلم :

12– 3 وصف خصائص الموجات الميكانيكية وشرح الكيفية التي تنقل بها الطاقة. 

ح. شرح وصفي لحالات التداخل البنَّاء والهدام للموجات وتكون الموجات الموقوفة.  

 م1- 12- 1 طرح أسئلة لتسهيل عملية الاستقصاء، والتنبؤ بنتائج أحداث معينة بناء على معلومات سابقة

( ب ) التنبؤ بالظروف المطلوب توفرها لتحقيق التداخل البناء والهدام.

م2-12-2 تنظيم البيانات في أشكال وجداول تتناسب مع النص أو التجربة

(ج)رسم لنمط تداخل موجات من مصدرين متماثلين.

 - اشرح التداخل برسم أشكال مختلفة منه على السبورة.

- قم بتنفيذ الاستكشاف( 3 )، لتوضيح تداخل الموجات المائية.

- اصنع زوجًا من الشفافيات من دوائر متحدة المركز، ثم اعرضها عليهم بواسطة جهاز العرض العلوي حيث تظهر بوضوح أنماط التدخل عند إزاحة هذه الدوائر فوق بعضها بعضًا. ويبين الشكل المقابل أحد الأمثلة على ذلك.

الاستكشاف( 3 ) : تداخل الموجات المائية.

الإعداد المسبق: حاول توفير 4 أحواض زجاجية أو بلاستيكية شفافة قبل تنفيذ الاستكشاف

 بوقت كافٍ لتعويض النقص في حوض الموجات المائية

الزمن المطلوب: 20 دقيقة

حجم المجموعة: 7 طلاب

الإجراءات :

1.      هيئ الطلاب للعمل على شكل مجموعات، وفي حالة عدم وجود عدد كافٍ من أحواض الموجات  أو الأحواض البديلة يمكنك تنفيذ هذا الاستكشاف على شكل عرض عملي على أن يتم إشراك جميع المجموعات في النقاش أثناء تنفيذ الإجراءات.

2.      عند استخدام حوض زجاجي بديل يمكن استخدام شوكتين رنانتين متماثلتي التردد

كبديل للمصدرين المهتزين المرتبطين بمحرك في حوض الموجات.

3.      يمكن ملاحظة ظاهرة تداخل الموجات المائية من خلال شكل الظلال المتكونة على الورقة أسفل الحوض ( الشكل  3 - 18 )، أو بوضع الحوض الزجاجي على جهاز العرض العلوي وملاحظة الشكل الناتج من تداخل الموجات.

4.      في حالة استخدام جهاز العرض العلوي يجب مراعاة انخفاض مستوى الماء في الحوض حتى لا ينسكب على الجهاز.

التحليل والتفسـير :

1.      لها نفس التردد والطول الموجي والسعة.

2.      تتولد موجات بحيث تزداد شدتها في مناطق معينة لتصل سعتها إلى أقصى ما يمكن وتتناقص في مناطق أخرى بحيث تقل سعتها حتى تساوي صفرًا.

                                     

1.     

2.      y3 

مخرجات التعلم المعرفية:

12– 3 وصف خصائص الموجات الميكانيكية وشرح الكيفية التي تنقل بها الطاقة.  

ح. شرح وصفي لحالات التداخل البنَّاء والهدام للموجات وتكون الموجات الموقوفة.  

م4-12-2 تبادل الأسئلة والاهتمامات والخطط والنتائج باستخدام لغة مكتوبة أو حوار شفوي أو رموز أو صور أو أشكال أو غيرها.

( أ ) اختيار وسائل عددية أو رمزية أو بيانية أو لغوية للعرض لتوصيل النتائج والاستنتاجات.

- أكِّد للطلاب أن الموجة الموقوفة تتكون نتيجة للتداخل.

- اطلب إليهم استخدام حبلٍ رفيعٍ أو خيطٍ لبرهنة عملية تكون الموجات الموقوفة.

- عند تنفيذ النقطة السابقة كنشاط مقترح دع الطلاب يحددون مواقع العقد وأشرف على عملهم.

- أثناء الهز على الحبل أطلب إليهم تحريك أيديهم بسرعة مختلفة وذلك لأجل إنتاج موجات موقوفة

عند ترددات مختلفة.

- يمكن استخدام الشوكة الرنانة لإنتاج الموجات الموقوفة.

- لإثبات الموجات الموقوفة بشكلٍ واضح قد الطلاب إلى تنفيذ التجربة رقم (   3  ) في الكراس العملي عمليًا باستخدام جهاز ميلد.

- عند إجراء تجربة ميلد للأمواج الموقوفة حاول مراعاة الأتي:

•        وضح للطلاب أن الهدف من التجربة هو: إيجاد العلاقة بين قوة الشد في السلك والطول الموجي للموجات المتكونة فيه.

•        في المواد و الأدوات اللازمة لهذه التجربة في حالة عدم توفر الجهاز المتذبذب الخاص بتجربة ميلد يمكن استخدام أي جهاز متذبذب أخر كالنابض مثلاً أو الشوكة الرنانة.

•        عند رسم العلاقة بين قوة الشد في السلك(N  ) Tf على المحور الأفقي و مربع طول الموجة (m2) 2λ  على المحور الرأسي بيانيا حسب النتائج المسجلة في الجدول نحصل على الشكل التالي:

•        اطلب إلى الطلاب إيجاد الميل من المنحني ومقارنته بالعلاقة

في التحليل والتفسير:

1.      علاقة  بيانية عكسية

2.      يتناسب الطول الموجي للموجة الموقوفة تناسبًا عكسيًا مع مربع قوة الشد على الخيط

3.      من العلاقة   نجد أن الزيادة في نصف القطر تؤدي إلى نقصان الطول الموجي بسبب زيادة الكتلة حيث   ، كما نلاحظ أن الميل    يقل.

- وضح لهم أنه من خلال الإجراءات السابقة وتجربة ميلد يمكن إنشاء موجات موقوفة عند ترددات مختلفة.

ـ  في أثناء إجراء تجربة ميلد لإيجاد العلاقة بين قوة الشد في السلك(Tf  ) ومربع طول الموجة  (λ2) عمليًّا ناقشهم في خصائص الحركة الموجية وذلك لتأكيد ترسخ هذه المفاهيم لدى الطلاب، وكذلك الصيغة الرياضية المرتبطة بها.

ـ  درّب الطلاب على كيفية تمثيل نتائج التجربة بيانيا.

1. ب

2. الأطوال الموجية التي يمكن أن تتكون عندها موجات موقوفة في حبل طوله (3.5 m) هي

( أ )  1.75 m   ( ب ) 3.5 m   ( د ) 7.0 m

3. نعم، ففي الموجات الموقوفة مثلاً تكون سعة الموجة عند العقد تساوي صفرًا بسبب التدخل

الهدام.

مخرجات التعلم المعرفية:

12– 3 وصف خصائص الموجات الميكانيكية  وشرح الكيفية التي تنقل بها الطاقة. 

ز. شرح وصفي للظواهر التي تحدث للموجات  الميكانيكية كالانعكاس، والانكسار، والحيود.

- ابدأ تدريس هذا الموضوع بطرح أسئلة مثل:

لماذا نسمع الصوت من خلف الحواجز والأبواب بالرغم من أننا لا نرى ذلك الشخص المتكلم؟

 ثم ناقشهم في إجاباتهم للتوصل إلى مفهوم حيود الموجات الميكانيكية.

- يمكنك الآن توضيح مفهوم حيود الموجات الميكانيكية عمليًّا من خلال تنفيذ الاستكشاف( 4 )،

 كما ورد في كتاب الطالب، ودعهم يشاهدون ذلك بوضوح عند وضع الحوض فوق جهاز العرض العلوي..

- استرعِ انتباههم إلى أنه على الرغم من أنك تستخدم المياه لإظهار سلوك الموجات، إلا أن هذه الخصائص تنطبق أيضًا على الموجات الصوتية ، والموجات الضوئية، وجميع الأنواع الأخرى من الموجات.

الاستكشاف( 4 ): حيود الموجات.

الإعداد المسبق: تأكد من  توافر عدد كافٍ من

 الأحواض الزجاجية  أو البلاستيكية الشفافة قبل

 تنفيذ الاستكشاف.

الزمن المطلوب :  25 دقيقة.

حجم المجموعة : 7 طلاب.

الإجراءات :

1.قسم الطلاب للعمل في مجموعات، وفي حالة عدم وجود عدد كافٍ من حوض الموجات أو الأحواض البديلة يمكنك تنفيذ هذا الاستكشاف على شكل عرض عملي على أن يتم إشراك جميع المجموعات في النقاش أثناء تنفيذ الإجراءات.

2. أثناء إجراء التجربة قم بالمرور على المجموعات الطلابية للتأكد من قدرتهم على توليد موجات

مستقيمة في الحوض المائي وذلك باستخدام المتذبذب أو المسطرة كما هو مبين في الشكل             ( 3 – 29) في كتاب الطالب.

3. يمكنك تنفيذ هذا الاستكشاف بشكل جيد بوضع الحوض فوق جهاز العرض العلوي.

4. غير عرض الفتحة بين الحاجزين لتبين أن مقدار الانحناء عكسيٌّ مع عرض الشق كما هو مبين في الشكل( 3 – 30 ) في كتاب الطالب.

التحليل والتفسـير:

1.      تنتشر خلف الحاجز على شكل موجات منحنية .

2.      تكون الموجات منحنية .

3.      يزداد الانحناء كلما صغرت الفتحة بين الحاجزين.

   

                                  

الحيود لا يقتصر على الشقوق أو الفتحات الضيقة، فالانحراف يحدث حول حواف الأسطح، ويمكن أن يرى الجميع حيود موجات الماء عند حواف الحواجز المختلفة كما في حوض الموجات المائية أو في الطبيعة.

إن مقدار الحيود يعتمد على الطول الموجي للموجة، فالموجات الطويلة هي الأكثر حيودًا، وكمثال على ذلك موجات الراديو، فالطول الموجي لموجات الإذاعة بطريقة الـ(AM) يتراوح بين 180 و 550  مترًا، وهذه الموجات هي أطول من معظم الأشياء التي في طريقها. أي أنها بسهولة تنحني حول المباني وغيرها من الأشياء.

بينما موجات الإذاعة(FM)  يتراوح طولها الموجي بين2.8   و3.4  مترٍ، وبالتالي لا تنعطف جيدًا حول المباني. هذا هو احد الأسباب التي غالبا ما تجعل استقبال موجات(FM) ضعيفًا في بعض الأماكن في حين يأتي البث بموجات(AM) بصوت عال وواضح.

حل أسـئلة الفصـل

إجابة السؤال الأول

1. ج

2.  أ

3. ب

4.  ب

5.  ب

6.  ج

7.  ج

8. ب

9.  د

10.  أ

إجابة السؤال الثاني

1. تشترك الموجات في السلوك الموجي وقدرتها على نقل الطاقة.

2.

أ. إلى أعلى وإلى أسفل حركة توافقية بسيطة.

ب. موجة مستعرضة.

3.

من معادلات الحركة نجد أن:                                                       فإذا ما تحركت الموجة مسافة تساوي

طولها الموجي λ   في زمن دوري مقداره T، فإن سرعة الموجة يمكن التعبير عنها بالعلاقة:                                    

                                

                 

وكما درست سابقا فإن:                 

أي أن:                                       

4. نعم. من خلال الموجات المائية التي تعمل على نقل الطاقة من مركز هذه الزلازل إلى الشواطئ البعيدة.

 5.

إجابة السؤال الثالث

1.

أ. (السعة: هي المسافة من نقطة الأصل إلى القمة التي هي نصف المسافة العمودية من قمة إلى قمة.)

     A = 16 cm

ب. ( الطول الموجي هو المسافة من قمة إلى قمة، وهو ضعف المسافة الأفقية من قمة إلى أقرب قاع.)

    λ = 96 cm

ج. ( الزمن الدوري يساوي مقلوب التردد.  T = 1 / f )                         T = 0.42 s

د.  ( سرعة الموجة تحسب من العلاقة v=λf )                                  v = 230 cm/s

2 .

أ.  التردد : هو عدد الذبذبات في الثانية الواحدة

f = 70 Hz                           

ب.

              

λ = 5.0 m              

3. سرعة الموجات الناتجة من الشوكتين متساوية حيث إن سرعة الموجة الميكانيكية ثابتة في الوسط الواحد، إذ إن أي زيادة في التردد يرافقها نُقصان في الطول الموجي والعكس صحيح.

4. حيث إن الحبل مثبت من طرفه الآخر، فإن الموجات المرسلة تنعكس بزاوية مقدارها 180◦، وبالتالي فإن السعة المحصلة تساوي صفرًا

5.

أ )  سعة الموجة C يساوي 1.125 m

ب) من الرسم نلاحظ تكون 4 ذبذبات A خلال زمن قدره 2s.

   وبالتالي زمن الذبذبة الواحدة ( الزمن الدوري ) =  

ج)