امواج ایستا
امواج ایستا امواجی هستند که موقعیت ثابتی دارند و حرکت نمی کنند. بعنوان مثال شکل بعدی نحوه نوسانات سطح آب را در صورت حضور یک موج ایستای نمونه نشان می دهد. همانطور که در شکل نیز می توان دید، در امواج ایستا قله ها و دره ها یا نقاط بدون نوسان جابجا نمی شوند یا حرکت نمی کنند.
توضیح شکل: یک مثال برای موج ایستا، نوسانات بصورت نمایش داده شده از 1 تا 7 و سپس از 7 تا 1 انجام می شود و مجددا تکرار می شود. نقطه چین حالت عادی یا بدون نوسان است.
همانطور که در شکل قبلی نیز می توان تحقیق نمود، در امواج ایستا نقاط با فرکانس یکسانی نوسان می کنند و در زمان یکسانی به موقعیت بدون نوسان می رسند. امواج ایستا دارای انرژی هستند، اما انتقال خالص انرژی ندارند. در یک موج ایستا هر نقطه می تواند دامنه نوسان مخصوص خودش را متفاوت با بقیه نقاط داشته باشد. در شکل قبلی نیز می توان دید که برخی از نقاط به شدت نوسان می کنند و دامنه نوسان بالایی دارند، در حالیکه برخی دیگر نوسانات کم و دامنه نوسان پایینی دارند. در امواج ایستا به نقاطی که کمترین دامنه نوسان را دارند یا اصلا نوسان نمی کنند، گره (node) و به نقاطی که بیشترین دامنه نوسان را دارند، ضد گره (anti-node) می گویند.
نوسانات یا امواج موجود در سیستمهای طبیعی مثل نخ، پوسته طبل، پل، ساختمان و ... می تواند به صورت مجموع امواج ایستایی که مختص آن سیستم هستند، بیان شود. بعبارتی هر سیستم طبیعی امواج ایستایی مخصوص خود دارد که ترکیب آنها می تواند موجهای قابل تولید درآن سیستم را نتیجه دهد. بعنوان مثال شکل بعدی امواج ایستای متداول یک نخ را که محکم بین دو نقطه ثابت کشیده شده است، را نشان می دهد.
توضیح شکل: امواج ایستای متداول یک نخ که محکم بین دو نقطه ثابت کشیده شده است، هر موج ایستا بصورت ترکیبی از پنج حالت نوسانی نمایش داده شده است که یکی از دو حالت نوسانی که نقاط در آن دو حالت ماکزیمم نوسان و جابجایی از حالت بدون نوسان را دارند، بصورت پر رنگ نمایش داده شده است.
برای نمایش امواج ایستا روشهای مختلفی می توان در نظر گرفت. یک روش می تواند نمایش نوسان مربوطه در یک فیلم یا انیمیشن یا در عکس های متوالی بصورت مجزا یا ترکیبی (مثل دو شکل قبل) باشد. روش دیگر می تواند بیان ریاضی تابع دامنه موج باشد، تابعی که مقدار دامنه موج در هر نقطه را بعنوان خروجی بر حسب مختصات یا موقعیت آن نقطه بعنوان ورودی نتیجه می دهد. همچنین می توان بجای بیان ریاضی تابع دامنه موج، آن را در یک نمودار به نمایش کشید. بعبارتی در یک نمودار دامنه نوسانات هر نقطه را مشخص کنیم. در اینصورت بایستی به این نقطه توجه کرد که هنگامی که برخی نقاط نوسانات رو به بالا دارند، برخی دیگر ممکن است در آن لحظات نوسان رو به پایین داشته باشند و بالعکس. برای نمایش این مطلب در نمودار می توان دامنه را بصوت مثبت و منفی نمایش داد که مثبت بودن دامنه در یک سری نقاط و منفی بودن آن در یک سری نقاط دیگر به معنی نوسانات خلاف جهت هم در هر لحظه است. بعنوان مثال برای این نحوه نمایش خطوط پر رنگ شکل قبلی را می توان در نظر گرفت. بعنوان مثال دیگر می توان نمایش سه موج ایستای متداولتر یک پوسته نازک دایروی یک طبل در شکل بعدی را در نظر گرفت. همانگونه که در شکل بعدی هم مشهود است، در این نحوه نمایش ممکن است مقدار دامنه نوسانات نقاط در مقایسه با ابعاد جسم بطور اغراق آمیزی نمایش داده شوند.
همانطور که قبلا هم گفتیم، امواج ایستا با وجود اینکه انرژی انتقال نمی دهند، اما انرژی دارند و بنابر فیزیک کلاسیک انرژی آنها در هر نقطه متناسب با مجذور دامنه آن نقطه است. بنابراین مجموعه نقاطی که دامنه بزرگتری دارند، قسمت بیشتر انرژی موج را بخود اختصاص می دهند و بیشتر انرژی موج مربوط به آنهاست. مشخص کردن این نقاط و نواحی پرانرژی نیز می تواند نمایشی دیگر از یک موج ایستا باشد. بعنوان مثال شکل بعدی یک موج ایستای یک پوسته نازک دایروی یک طبل را بهمراه نواحی پرانرژی مربوطه روی پوسته ( نواحی هاشور خورده) نمایش می دهد.
بعدها خواهیم دید که در مدلهای اتمی که امروزه بصورت گسترده توسط دانشمندان بکار رفته می شوند، الکترونها در حقیقت امواج ایستایی هستند که شکل های بخصوصی می توانند داشته باشند و خواص و رفتار هر الکترون با توجه به ویژگیهای شکل بخصوص موج ایستای مربوط به آن الکترون تعیین می شود.
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
**************************************************
سایت: www.youngchemist.com
مولف: محمد شاهی
نظرات، پیشنهادات و انتقادات: chemistry.shahi@gmail.com
**************************************************
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||