فاز در موج
هدف:
یکی از ویژگی های نقاط ارتعاش کننده در روی یک موج، فاز آن هاست. فاز به تنهایی فقط یک مفهوم ریاضی است اما با استفاده از همین مفهوم ریاضی به درک بهتری از موج و انتشار آن در محیط خواهیم رسید.
شرح درس:
از همین ابتدا با سوال "فاز یعنی چه" شروع می کنیم:
فاز به صورت یک زاویه بر حسب درجه در ریاضی بیان می شود و در فیزیک همواره به یک نقطه خاص روی یک موج، نوسان یا ارتعاش اشاره می کند. فاز چیزی نیست که بتوان آن را یک ویژگی قابل لمس برای یک موج دانست اما وقتی از تداخل یک موج با موج دیگر صحبت می کنیم، فاز به زیبایی قدرت خود را نشان می دهد.
فلش زیر را به دقت در نظر بگیرید:
برای اندازه گیری زاویه فاز ابتدا از صفر درجه در پایین شکل استفاده می کنیم. می بینید که در لحظه صفر، نوک میله روی محور افقی واقع شده و این به معنای صفر بودن جابجایی آن است. حال روی 90 کلیک کنید. قرص چرخان به صورت پادساعتگرد می چرخد(از ریاضی به یاد دارید که جهت مثبت زاویه به صورت پادساعتگرد در نظر گرفته می شود) تا موج سینوسی به بالاترین نقطه مثبت دامنه خود می رسد (یعنی 90 درجه طی کرده است) و مقدار دامنه در این حالت +1 است(سمت راست نمودار را نگاه کنید). حال روی 180 درجه کلیک کنید.
علاوه بر استفاده از موج سینوسی، در اندازه گیری های موج از موج کسینوسی هم استفاده می شود که دقیقا هم شکل موج سینوسی است. این دو موج ظاهرا هیچ فرقی ندارند مگر در نقطه شروع چرخه خود. موج کسینوسی از 90 درجه فاز خود را شروع می کند؛ پس فاز موج کسینوسی با فاز موج سینوسی متفاوت است.
تداخل سازنده و ویرانگر:
اگر دو موج، فاز های متفاوت داشته باشند، بخشی از زمان تناوب بین قله ها همان اختلاف فاز دو موج است که با درجه بیان می شود. موج هایی که فاز و فرکانس یکسان دارند، هنگام ترکیب دامنه موجی بزرگ تری تولید می کنند که این تداخل را تداخل سازنده می نامند.
اما معمولا ترکیب از هر دو تداخل سازنده و ویرانگر مانند شکل زیر در موج ها وجود دارد. ترکیب از موج های سینوسی و کسینوسی با دامنه و فرکانس برابر اما با اختلاف فاز. دقت کنید که چگونه نتیجه ترکیب این دو موج در حالت کلی، موجی سینوسی با دامنه کمی بزرگ تر از موج های قبل از ترکیب می سازد اما فاز موج ترکیبی مختصری متفاوت از هر دو موج اولیه است.
ترکیب کلی از همه حالات گفته شده را در انیمیشن زیر می بینید:
تنظیم: مریم فروزان کیا