البطة السابحة: تموجات في الأمام والخلف

لعبة محاكاة تعليمية. توقّع كم تتقارب التموجات أمام بطة سابحة وكم تتباعد خلفها، وبأي سرعة تسبح، وكم مرة تجدّف، وزاوية موجة مقدمتها حين تسبح أسرع من تموجاتها، ثم راقب البركة.

تأثير دوبلرأمواج الماء

البطة السابحة

التموجات في الأمام

جاهز
فعّل ⁦JavaScript⁩ لتبدأ البطة التجديف. تبقى التعليمات والمثال المحلول متاحة للقراءة.
التموجاتالبطةتوقّعكالمسار والمقياس
الأمواجλ' = (v ∓ v_s) ÷ f

الزمن

0.00 s

t

سرعة البطة

— cm/s

v_s

الضربات في الثانية

— Hz

f

المسافة في الأمام

— cm

λ'

المسافة في الخلف

— cm

λ'

توقّع قبل أن تبدأ

اكتب توقّعك لتجهيز الأمور. يبقى زر البدء معطلًا حتى توجد إجابة.

توقّع التموجات.

نتيجة المهمة—

يجب أن تكون كل إجابة ضمن ⁦‎2%⁩: كل منها تربح ⁦100⁩ نقطة. والإجابة الصحيحة من التشغيل الأول تضيف ⁦50⁩. يُحتسب التشغيل بمجرد أن يبدأ.

✓ إجابة صحيحة① من المحاولة الأولى

كيف تلعب البطة السابحة

  1. اختر اختبارًا واقرأ سرعة التموجات أو سرعة البطة أو معدل التجديف أو مسافة في البطاقة.
  2. استخدم ⁦λ' = (v − v_s) ÷ f⁩ في الأمام و⁦λ' = (v + v_s) ÷ f⁩ في الخلف؛ ولموجة المقدمة ⁦sin θ = v ÷ v_s⁩.
  3. اكتب توقّعك واضغط ابدأ. شاهد الحلقات تتزاحم أمام البطة.
  4. قارن العلامات البرتقالية بالتموجات، في البركة وفي المنظر الجانبي.

تأثير دوبلر على الماء

بطة تجدّف عبر بركة ساكنة تُظهر تأثير دوبلر بصورة تستطيع رؤيتها. كل ضربة تبدأ حلقة تنتشر بالسرعة نفسها في كل اتجاه، مركزها حيث كانت البطة. لكن عند الضربة التالية تكون البطة قد تقدمت، لاحقةً بالحلقة التي أمامها وتاركةً التي خلفها. لذا تتزاحم الحلقات في الأمام، على مسافة ⁦(v − v_s) ÷ f⁩، وتتباعد في الخلف، على مسافة ⁦(v + v_s) ÷ f⁩. والصوت الآتي من صفارة متحركة يفعل الشيء نفسه تمامًا، ولهذا تتغير درجته. وإذا سبحت البطة أسرع من تموجاتها تتجاوزها كلها: فتتكدّس الحلقات على خطين، موجة مقدمة على شكل ⁦V⁩. يصنع ذراعاها زاوية ⁦θ⁩ مع مسار البطة، ⁦sin θ = v ÷ v_s⁩، لذا كلما أسرعت البطة ضاق شكل ⁦V⁩. وتترك القوارب الأثر نفسه، والطائرة الأسرع من الصوت تجرّ خلفها مخروطًا من الصوت المتكدّس: دويّ اختراق حاجز الصوت.

نموذج تعليمي مركّز

تنتقل التموجات كلها بالسرعة نفسها وتبقى دائرية؛ أما على الماء الحقيقي فتنتقل التموجات المختلفة الأطوال بسرعات مختلفة، ولهذا ينفرج أثر البطة الحقيقية على الماء العميق دائمًا بنحو ⁦19.5°⁩. تسبح البطة في خط مستقيم بسرعة ثابتة وتجدّف بمعدل ثابت، فترسل حلقة واحدة مع كل ضربة. كل شيء يجري بالسرعة الحقيقية. الإجابات ضمن ⁦‎2%⁩ صحيحة.

تغيير اللغة يحتفظ باختبارك وتوقّعك ومحاولاتك وتشغيلك.