الرئيسيةعريقبحث

موجة سطحية

☰ جدول المحتويات

موجة سطحية ناتجة عن الغوص

في الفيزياء، الموجة السطحية هي موجة ميكانيكية تنتشر بين الأوساط المختلفة. مثال شائع على هذا هي موجة الجاذبية على أسطح السوائل مثل الموجات في المحيط. يمكن لموجة الجاذبية أيضًا أن تنتشر في السطح البيني للموائع مختلفة الكثافة. تستطيع موجة السطح المرن الانتشار على أسطح المواد الصلبة مثل موجة ريليه (Rayleigh waves). الموجات الكهرومغناطيسية يمكنها الانتشار أيضا كموجات سطحية في الأسطح البينية للمواد التي لها ثابت عزل كهربي مختلف. عند نقل المذياع، تنتشر موجة أرضية بالقرب من سطح الأرض.

موجات ميكانيكية

في علم الزلزال، صادف العلماء العديد من الموجات السطحية. تسمى الموجات السطحية بموجات ريليه (Rayleigh waves) أو موجات لوف (Love waves). تنتشر الموجة الزلزالية عبر الأرض وتنتج عن الزلازل أو الانفجارات. موجة لوف (Love wave) يكون لها حركة عرضية (الحركة تكون عمودية على اتجاه الانتشار مثل موجات الضوء) بينما موجات ريليه يكون لها حركة طولية (الحركة موازية لاتجاه الانتشار مثل موجات الصوت) ولها حركة عرضية أيضا. تم دراسة موجة الزلازل بواسطة علماء الزلازل وتم قياسها بواسطة جهاز قياس الزلزال. تمتد الموجة السطحية لمدى ترددي كبير ويكون لها فترة عمر تصل إلى 10 ثواني أو أكبر. يمكن للموجات السطحية أن تنتشر حول الكرة الأرضية مرات عديدة في حالة الزلازل الكبيرة. تنتج الموجات السطحية بسبب قدوم موجات P و S إلى الأرض.

يمكن للموجات السطحية أن تصف الموجات الموجودة على سطح المحيط حتى عندما تنتج بسبب نشاط جوي وتسمى في هذه الحالة بالموجات الزاحفة (creeping waves). مثل هذه الموجات تكون عند سطح الماء و الغلاف الجوى (موجات الرياح) أو التموجات الموجودة بالرمل بسبب الهواء أو الماء. مثال آخر الموجات الداخلية التي تنتشر في السطح البينى لنوعين من الماء مختلفين الكثافة.

نظرية السمع تقوم على أن موجة  جورج فون بيكيسي الناتجة من موجة صوتية سطحية للغشاء القاعدى في القناة القوقعية. زعمت نظريته توضيح كل ملامح حاسة السمع وأنسبها إلى هذه الظاهرة الميكانيكية. ولكن David Kemp من بعده جاء وأوضح أن هذا غير واقعى.

موجات كهرومغناطيسية

تشير الموجة الأرضية (Ground wave) إلى انتشار موجات المذياع بشكل موازي لسطح الأرض. تسمى موجة الأرض الإشعاعية بموجة نورتون السطحية. هناك أنواع أخرى من الموجات السطحية تكون موجات سطحية غير مشعة (non-radiative Zenneck)[1] أو Zenneck-Sommerfeld أو الموجة المنزلقة. 

انتشار موجة المذياع

تنتشر الموجات الكهرومغناطيسية ذات الترددات المنخفضة والتي تقل عن (3 MHz) بكفاءة مثل الموجات الأرضية. في مصطلحات الـ ITU يشمل هذا: موجات الترددات المتوسطة، موجات التردد المنخفض، موجات التردد المنخفض جدا. 

انتشار موجات الأرض يحدث نتيجة تردد الوجات المنخفض والتي تحيد بشكل أكبر حول المعوقات وذلك لطول الطول الموجى مما يتيح لهم اتباع منحنيات الأرض. الأرض لها معامل انكسار وكذلك الهواء له معامل آخر. تنتشر الموجات الأرضية في استقطاب رأسى مع مجالها المغناطيسي الذي ينتشر بشكل أفقى و المجال الكهربي بشكل شبه رأسى. مع الموجات ذو الترددات المنخفضة جدا (3KHZ إلى 30KHZ) فإن الغلاف الأيونى وسطح الأرض يمثلون كموجه للموجات. 

تؤثر خاصية التوصيلية للأسطح على انتشار موجات الأرض فمع التوصيلية العالية مثل ماء البحر يكون الانتشار أفضل. زيادة التوصيلية بالأسطح ينتج عنه تبدد للموجات أقل. حيث أن الأرض ليست موصلة للكهرباء بشكل تام فإن موجات الأرض تضعف حيث أنها تتبع سطح الأرض. واجهة الموجات تكون رأسية في البداية ولكن مع الوقت وبسبب أن الأرض عازلة للكهرباء فإن الموجات تميل للأمام مع الوقت. هذا يؤدى إلى ضياع بعض الطاقة في الأرض لذلك فإن اللإشارة تقل.

معظم موجات الاتصالات اللاسلكية  الطويلة (بين 30 kHz و300 kHz) تكون ناتجة عن انتشار موجات الأرض. موجات النقل الإذاعى المتوسطة (الترددات بين 300 kHz و3000 kHz) تنتشر كموجات أرضية وفي المسافات الطويلة كموجات راديو سماوية. المفاقيد الأرضية تقل مع الترددات المنخفضة. موجات الترددات المنخفضة جدا عادة تستخدم في الاتصالات العسكرية خصوصا مع السفن. تنتشر الموجات خلال الماء بصورة أفضل كلما كان التردد منخفض. 

تستخدم الموجات الأرضية مع الردار بعيد المدى والذي يعمل بترددات تتراوح بين MHz 2 و20 MHz  والذي يكون له توصيلية عالية جدا في نقلها من وإلى المكان (100 كم أو أكثر). يستخدم الرادار موجات الراديو السماوية في حالة المسافات الطويلة جدا. موجات الراديو التجارية والمهنية تم إطلاقها كموجات طويلة، ذو تردد منخفض وموجات أرضية. لمنع التداخل بين هذه الموجات تم استخدام أجهزة الإرسال تجريبية للترددات العالية والتي كانت بلا فائدة بسبب أن مدى  الموجات الأرضية لها كانت محدودة. 

إن انتشار موجات الصوت خلال الأرض ياخذ أفضلية كون الأرض قادرة على نقل الترددات المنخفضة بكفاءة عالية وتعرف بموجات الأرض الصوتية.

نظرية مجال الموجه الصغرى

موجاعت الأسطح تم دراستها على أنها خطوط نقل ة يمكن اعتبار البعض على أنه خط نقل ذو سلك واحد. 

الخصائص والاستخدامات لظاهرة موجة السطح الكهربى تشمل: 

  • مكونات المجال للموجة تقل مع المسافة.
  • لا تتحول الطاقة الكهرومغناطيسية من مجال الموجة السطحية إلى صورة أخرى من الطاقة.
  • في النقل بالليف البصرى، الموجات المتضائلة تكون موجات سطحية.

مقالات ذات صلة

مراجع

  1. The Physical Reality of Zenneck's Surface Wave. نسخة محفوظة 11 سبتمبر 2014 على موقع واي باك مشين.


اقرأ أيضا

براءات اختراع

معايير ومبادىء

كتب

  • Barlow, H.M., and Brown, J., "Radio Surface Waves", Oxford University Press 1962.
  • Budden, K. G., "Radio waves in the ionosphere; the mathematical theory of the reflection of radio waves from stratified ionised layers". Cambridge, Eng., University Press, 1961. LCCN 61016040 /L/r85
  • Budden, K. G., "The wave-guide mode theory of wave propagation". London, Logos Press; Englewood Cliffs, N.J., Prentice-Hall, c1961. LCCN 62002870 /L
  • Budden, K. G., " The propagation of radio waves : the theory of radio waves of low power in the ionosphere and magnetosphere". Cambridge (Cambridgeshire); New York : Cambridge University Press, 1985. LCCN 84028498
  • Collin, R. E., "Field Theory of Guided Waves". New York: Wiley-IEEE Press, 1990.
  • Foti, S., Lai, C.G., Rix, G.J., and Strobbia, C., "“Surface Wave Methods for Near-Surface Site Characterization”", CRC Press, Boca Raton, Florida (USA), 487 pp., , 2014 <https://www.crcpress.com/product/isbn/9780415678766>
  • Sommerfeld, A., "Partial Differential Equations in Physics" (English version), Academic Press Inc., New York 1949, chapter 6 - "Problems of Radio".
  • Polo, Jr., J. A., Mackay, T. G., and Lakhtakia, A., "Electromagnetic Surface Waves: A Modern Perspective". Waltham, MA, USA: Elsevier, 2013 <https://www.elsevier.com/books/electromagnetic-surface-waves/polo/978-0-12-397024-4>.
  • Rawer, K.,"Wave Propagation in the Ionosphere", Dordrecht, Kluwer Acad.Publ. 1993.
  • Sommerfeld, A., "Partial Differential Equations in Physics" (English version), Academic Press Inc., New York 1949, chapter 6 - "Problems of Radio".
  • Weiner, Melvin M., "Monopole antennas" New York, Marcel Dekker, 2003.
  • Wait, J. R., "Electromagnetic Wave Theory", New York, Harper and Row, 1985.
  • Wait, J. R., "The Waves in Stratified Media". New York: Pergamon, 1962.
  • Waldron, Richard Arthur, "Theory of guided electromagnetic waves". London, New York, Van Nostrand Reinhold, 1970. LCCN 69019848 //r86
  • Weiner, Melvin M., "Monopole antennas" New York, Marcel Dekker, 2003.

أوراق بحثية

زينيك وسومرفيلد ونورتون وغوباو
  • J. Zenneck, (translators: P. Blanchin, G. Guérard, É. Picot), "Précis de télégraphie sans fil : complément de l'ouvrage : Les oscillations électromagnétiques et la télégraphie sans fil", Paris : Gauthier-Villars, 1911. viii, 385 p. : ill. ; 26 cm. (Tr. "Precisions of wireless telegraphy: complement of the work: Electromagnetic oscillations and wireless telegraphy.")
  • J. Zenneck, "Über die Fortpflanzung ebener elektromagnetischer Wellen längs einer ebenen Leiterfläche und ihre Beziehung zur drahtlosen Telegraphie", Annalen der Physik, vol. 23, pp. 846–866, Sept. 1907. (Tr. "About the propagation of electromagnetic plane waves along a conductor plane and their relationship to wireless telegraphy.")
  • J. Zenneck, "Elektromagnetische Schwingungen und drahtlose Telegraphie", gart, F. Enke, 1905. xxvii, 1019 p. : ill. ; 24 cm. (Tr. "Electromagnetic oscillations and wireless telegraphy.")
  • J. Zenneck, (translator: A.E. Seelig) "Wireless telegraphy,", New York [etc.] McGraw-Hill Book Company, inc., 1st ed. 1915. xx, 443 p. illus., diagrs. 24 cm. LCCN 15024534 (ed. "Bibliography and notes on theory" pp. 408–428.)
  • A. Sommerfeld, "Über die Fortpflanzung elektrodynamischer Wellen längs eines Drahtes", Ann. der Physik und Chemie, vol. 67, pp. 233–290, Dec 1899. (Tr. "Propagation of electro-dynamic waves along a cylindric conductor.")
  • A. Sommerfeld, "Über die Ausbreitung der Wellen in der drahtlosen Telegraphie", Annalen der Physik, Vol. 28, pp. 665-736, March 1909. (Tr. "About the Propagation of waves in wireless telegraphy.")
  • A. Sommerfeld, "Propagation of waves in wireless telegraphy," Ann. Phys., vol. 81, pp. 1367–1153, 1926.
  • K. A. Norton, "The propagation of radio waves over the surface of the earth and in the upper atmosphere," Proc. IRE, vol. 24, pp. 1367–1387, 1936.
  • K. A. Norton, "The calculations of ground wave field intensity over a finitely conducting spherical earth," Proc. IRE, vol. 29, pp. 623–639, 1941.
  • G. Goubau, "Surface waves and their application to transmission lines," J. Appl. Phys., vol. 21, pp. 1119–1128; November,1950.
  • G. Goubau, “Über die Zennecksche Bodenwelle,” (Tr."On the Zenneck Surface Wave."), Zeitschrift für Angewandte Physik, Vol. 3, 1951, Nrs. 3/4, pp. 103–107.
ويت
  • Wait, J. R., "Lateral Waves and the Pioneering Research of the Late Kenneth A Norton".
  • Wait, J. R., and D. A. Hill, "Excitation of the HF surface wave by vertical and horizontal apertures". Radio Science, 14, 1979, pp 767–780.
  • Wait, J. R., and D. A. Hill, "Excitation of the Zenneck Surface Wave by a Vertical Aperture", Radio Science, Vol. 13, No. 6, November–December, 1978, pp. 969–977.
  • Wait, J. R., "A note on surface waves and ground waves", IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Nov 1965. Vol. 13, Issue 6, pp. 996– 997 ISSN 0096-1973
  • Wait, J. R., "The ancient and modern history of EM ground-wave propagation". IEEE Antennas Propagat. Mag., vol. 40, pp. 7–24, Oct. 1998.
  • Wait, J. R., "Appendix C: On the theory of ground wave propagation over a slightly roughned curved earth", Electromagnetic Probing in Geophysics. Boulder, CO., Golem, 1971, pp. 37–381.
  • Wait, J. R., "Electromagnetic surface waves", Advances in Radio Research, 1, New York, Academic Press, 1964, pp. 157–219.
آخرون
  • R. E. Collin, "Hertzian Dipole Radiating Over a Lossy Earth or Sea: Some Early and Late 20th-Century Controversies", Antennas and Propagation Magazine, 46, 2004, pp. 64–79.
  • F. J. Zucker, "Surface wave antennas and surface wave excited arrays", Antenna Engineering Handbook, 2nd ed., R. C. Johnson and H. Jasik, Eds. New York: McGraw-Hill, 1984.
  • Yu. V. Kistovich, "Possibility of Observing Zenneck Surface Waves in Radiation from a Source with a Small Vertical Aperture", Soviet Physics Technical Physics, Vol. 34, No.4, April, 1989, pp. 391–394.
  • V. I. Baĭbakov, V. N. Datsko, Yu. V. Kistovich, "Experimental discovery of Zenneck's surface electromagnetic waves", Sov Phys Uspekhi, 1989, 32 (4), 378-379.
  • Corum, K. L. and J. F. Corum, "The Zenneck Surface Wave", Nikola Tesla, Lightning Observations, and Stationary Waves, Appendix II. 1994.
  • M. J. King and J. C. Wiltse, "Surface-Wave Propagation on Coated or Uncoated Metal Wires at Millimeter Wavelengths". J. Appl. Phys., vol. 21, pp. 1119–1128; November,
  • M. J. King and J. C. Wiltse, "Surface-Wave Propagation on a Dielectric Rod of Electric Cross-Section." Electronic Communications, Inc., Tirnonium: kld. Sci. Rept.'No. 1, AFCKL Contract No. AF 19(601)-5475; August, 1960.
  • T. Kahan and G. Eckart, "On the Electromagnetic Surface Wave of Sommerfeld", Phys. Rev. 76, 406–410 (1949).

وسائط أخرى

  • L.A. Ostrovsky (ed.), "Laboratory modeling and theoretical studies of surface wave modulation by a moving sphere", m, Oceanic and Atmospheric Research Laboratories, 2002. OCLC 50325097

روابط خارجية

موسوعات ذات صلة :