فیزیک و طبیعت – عقرب شن زار

بیگ بنگ: هر گاه سوسکی به اندازه‌ی چند ده سانتی‌متر بر روی شن‌ها به دنبال عقرب شن‌زار راه برود، عقرب ناگهان به طرف سوسک بر گرشته و به آن حمله می‌کند (و آن را می‌خورد). عقرب که شب‌رو است، این عمل را بدون دیدن یا شنیدن صدای سوسک انجام می‌دهد. اما عقرب چگونه می‌تواند جای طعمه‌ی خود را با این دقت مشخص کند؟

AsanDownload.com-6176به طور خلاصه، در موج‌های مکانیکی، موج فرستاده‌ شده در طول یک تار کشیده ساده‌ترین نوع موج است. اگر یک سر تار را به بالا و پایین تکان بدهیم، به صورت یک تپ، در طول تار پیش می‌رود. این تپ و حرکت آن هنگامی به وجود می‌آید که تار تحت تأثیر نیروی کشش باشد. وقتی انتهای تار را به طرف بالا می‌کشیم، بخش مجاور آن نیز، به خاطر وجود نیروی کشش در میان دو بخش تار به سمت بالا کشیده می‌شود. بخش مجاور در حین حرکت کردن به سمت بالا، بخش بعدی را به بالا می‌کشد، و این کار به همین ترتیب ادامه می‌یابد. در عین حال وقتی تار را به پایین می‌کشیم، هر بخش به نوبت به سمت بالا حرکت می‌کند و به وسیله‌ی بخش‌های مجاور که پیش‌تر در راه پایین‌ رفتن بودند، دوباره شروع به پایین کشیده شدن می‌کند. نتیجه نهایی این است که آشفتگی حاصل در شکل تار (تپ) در طول تار با سرعت V حرکت می‌کند.
اگر انتهای تار را با حرکت هماهنگ ساده با دست خود مدام به بالا و پایین حرکت دهیم، در طول تار یک موج پیوسته با سرعت V پیش می‌رود.


چون حرکت دست تابعی سینوسی از زمان است،‌در هر لحظه‌ از زمان، موج دارای شکل سینوسی است. یعنی نمودار حرکت موج به صورت یک منحنی سینوسی یا کسینوسی است.
یکی از راه‌های مطالعه‌ی موج‌های بالا، زیر نظر گرفتن شکل‌های موج در حین حرکت کردن موج به یک سمت است. راه دیگر این است که حرکت عنصری از تار را که در حال عبور موج از آن به بالا یا پایین نوسان می‌کند، مشاهده کنیم. از نقطه نظر شکل موج به همین بسنده می‌کنیم که دو نوع موج عرضی و طولی وجود دارند.

2

 اگر جابه‌جایی هر عنصر در حال نوسان، بر راستای حرکت موج عمود باشد، این حرکت را حرکت عرضی می‌نامند و گفته می‌شود که موج یک موج عرضی است. اگر جابه‌جایی هر عنصر با راستای پیشروی موج موازی باشد، این حرکت را طولی می‌نامند و گفته می‌شود که موج یک موج طولی است. هر دو نوع موج طولی و عرضی را موج‌های پیشرونده می‌نامند، زیرا هر دو از نقطه‌ای به نقطه‌ی دیگر، مثلاً از یک سر تار به سر دیگر آن حرکت می‌کند. باید توجه داشت که موج فقط از یک سر به سر دیگر حرکت می‌کند، نه ماده‌ای که موج در آن انتشار پیدا می‌کند.

حال عقرب شن‌زار، برای تعیین محل طعمه‌ی خود از هر دو نوع موج عرضی و طولی استفاده می‌کند. حتی اگر سوسکی به آرامی، شن را به هم بزند، در سطح شن‌زار تپ‌هایی گسیل می‌دارد. برخی از این تپ‌ها طولی‌اند و با تندی ۱۵۰ متر بر ثانیه و برخی دیگر عرضی‌اند و با تندی ۵۰ متر بر ثانیه حرکت می‌کنند. عقرب که با هشت‌پایش، دایره‌ای به قطر تقریبی ۵ سانتی‌متر را در بر می‌گیرد، ابتدا با تپ‌های طولی تند برخورد می‌کند و جهت حرکت سوسک را تشخیص می‌دهد. این جهت بستگی به این دارد که تپ‌ها ابتدا به کدام پای عقرب برخورد کرده‌اند. سپس عقرب بازه‌ی زمانی میان نخستین برخورد و برخوردهای موج‌های عرضی کند را حس می‌کند و از آن برای تعیین فاصله‌ی خود تا سوسک استفاده می‌کند. این فاصله از رابطه‌ی زیر به دست می‌آید.

دلتاd/v1 – d/v2 = T

که در آن v1 سرعت موج طولی و V2 سرعت موج عرضی است. که از رابطه‌ی بالا نتیجه می‌گیریم که

دلتاd = (75 m/s)T

برای مثال اگر دلتاT برابر با ۴ باشد، آنگاه فاصله‌ی سوسک تا عقرب برابر ۳۰ سانتی‌متر می‌شود که این، فاصله‌ی مناسبی برای حمله کردن عقرب به سوسک است.

منبع:  فیزیک پایه ۳ (هالیدی – رزنیک – واکر)

image_pdfimage_print
(13 نفر , میانگین : 4٫69 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=26029
اسماعیل جوکار

اسماعیل جوکار

نویسنده این مطلب: اسماعیل جوکار، دانشجوی مقطع کارشناسی فیزیک، علاقمند به فیزیک، نجوم و کیهان شناسی می باشد و به عنوان نویسنده در وب سایت بیگ بنگ فعالیت می کند.

شما ممکن است این را هم بپسندید

۵ پاسخ‌ها

  1. عرفان گفت:

    سایت بینظیری دارید از مطالبتون خوشم میاد ممنون.

  2. مهدی گفت:

    تصویر مربوط به تعریف موج طولی و عرضی با توضیحی که در موردشون داده شده هماهنگ نیست

  3. علی گفت:

    بسیار لذت بردم، ولی رسم است که لینک هم بدهید و رفرنس ها را واضح تر بیان کنید.
    البته اگر مقاله نوشته شخصی است و بدون منبع و با داشتن اطلاعات شخصی نوشته شده بهتر است لینک مطالعه بیشتر بدهید.
    بدرود

  4. احسان گفت:

    سایت عالی دارید … از لحاظ علمی واقعا پرباره!!! میتونم حمایت از سایتتون کنم برای بهتر شدنش اگه تمایل داشتید به ایمیلم اطلاع بدید.موفق باشید

  5. فضانورد گفت:

    ممنونم خوب بود

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *