خزان التموج

في الفيزياء ، يُستخدم حوض التموجات ، وهو حوض زجاجي ضحل مملوء بالماء، لتوضيح الخصائص الأساسية للأمواج . وهو شكل متخصص من أحواض الأمواج . يُضاء حوض التموجات عادةً من الأعلى، بحيث يخترق الضوء سطح الماء . بعض أحواض التموجات الصغيرة تُركّب أعلى جهاز العرض العلوي ، أي أنها تُضاء من الأسفل. تظهر التموجات على سطح الماء كظلال على الشاشة أسفل الحوض. ويمكن من خلاله توضيح جميع الخصائص الأساسية للأمواج، بما في ذلك الانعكاس والانكسار والتداخل والحيود .

يمكن توليد تموجات الماء بواسطة قطعة خشبية معلقة فوق الخزان بواسطة أربطة مطاطية بحيث تلامس سطحه. يُثبّت على الخشب محرك مزود بثقل غير مركزي متصل بمحوره. مع دوران المحور، يهتز المحرك، مما يؤدي إلى اهتزاز الخشب وتوليد تموجات الماء.

يمكن توضيح عدد من خصائص الموجات باستخدام خزان التموجات. وتشمل هذه الخصائص الموجات المستوية ، والانعكاس، والانكسار، والتداخل، والحيود.

عندما يتم إنزال جهاز التموج بحيث يلامس سطح الماء، ستتولد موجات مستوية.

• 
  صورة مقرّبة للمُتموج – المستطيل البني عبارة عن مجداف متذبذب

عندما يتم توصيل جهاز التموج بكرة كروية مدببة وإنزاله بحيث يلامس سطح الماء، ستتكون موجات دائرية.

إذا وُضعت صفيحة زجاجية في الخزان، فسيكون عمق الماء فوق الزجاج أقل منه في أي مكان آخر. تعتمد سرعة الموجة في الماء على العمق، لذا تتباطأ التموجات عند مرورها فوق الزجاج، مما يؤدي إلى تناقص طول الموجة . إذا كانت نقطة التقاء الماء العميق والماء الضحل بزاوية مع جبهة الموجة ، فإن الموجات ستنكسر. ^{[ 1 ]}

من الناحية العملية، فإن إظهار الانكسار باستخدام خزان التموجات أمر صعب للغاية.

• يجب أن تكون صفيحة الزجاج سميكة جدًا، مع وضع الماء فوقها بأقل عمق ممكن. هذا يزيد من فرق العمق، وبالتالي يُحدث فرقًا أكبر في السرعة، ومن ثم زاوية أكبر.
• إذا كان الماء ضحلاً للغاية ، فإن تأثيرات الاحتكاك اللزج تتسبب في اختفاء التموجات بسرعة كبيرة.
• يجب أن يكون للزجاج حواف ناعمة لتقليل الانعكاسات عند الحافة.

إذا وُضع عائق صغير في مسار التموجات، واستُخدم تردد منخفض، فلن تظهر منطقة ظل لأن التموجات تنكسر حوله، كما هو موضح أدناه على اليمين. أما التردد الأعلى فقد يُؤدي إلى ظهور ظل، كما هو موضح أدناه على اليمين. وإذا وُضع عائق كبير في الخزان، فمن المرجح أن تُلاحظ منطقة ظل.

إذا وُضع عائق ذو فجوة صغيرة في الخزان، فإن التموجات تظهر في شكل شبه دائري. أما إذا كانت الفجوة كبيرة، فإن الانعراج يكون محدودًا للغاية. وكلمة "صغيرة" هنا تعني أن حجم العائق يُقارب طول موجة التموجات.

يمكن ملاحظة ظاهرة مماثلة لانعراج الأشعة السينية من شبكة بلورية ذرية ، مما يُبرهن على مبادئ علم البلورات . عند إنزال شبكة من العوائق في الماء، بحيث تتناسب المسافة بين العوائق تقريبًا مع طول موجة أمواج الماء، يُلاحظ انعراج من الشبكة. عند زوايا معينة بين الشبكة والأمواج القادمة، تبدو الأمواج وكأنها تنعكس عن الشبكة؛ وعند زوايا أخرى، تمر الأمواج من خلالها. وبالمثل، إذا تغير تردد (طول موجة) الأمواج، فإنها ستمر أو تنعكس بالتناوب، وذلك تبعًا للعلاقة الدقيقة بين المسافة والاتجاه وطول الموجة.

يمكن إحداث التداخل باستخدام مغرفتين مثبتتين على قضيب التموج الرئيسي. ^{[ 1 ]} في الرسوم البيانية أدناه على اليسار، تمثل المناطق الفاتحة قمم الموجات، بينما تمثل المناطق السوداء قيعانها. لاحظ المناطق الرمادية: إنها مناطق التداخل الهدام حيث تلغي الموجات الصادرة من المصدرين بعضها بعضًا. على اليمين صورة فوتوغرافية لتداخل نقطتين متولد في خزان تموج دائري.

• الموجة الشعرية
• كتاب فيزياء PSSC – كتاب رائد في تدريس الفيزياء للمرحلة الثانوية، استخدم على نطاق واسع أحواض التموجات لتوضيح الأمواج.
• معادلات المياه الضحلة
• خزان الأمواج

• كيفية إعداد واستخدام خزان التموج
• نموذج خزان التموجات الفيزيائي مفتوح المصدر بلغة جافا