سلوك الصوت
المقدمة:
الصوت هو ظاهرة فيزيائية تثير حاسة السمع، ويختلف معدل السمع بين الكائنات الحية المختلفة. فيقع السمع عند الآدميين عندما تصل ذبذبات ذات تردد يقع بين (15) و(20.000) هيرتز إلى الأذن الداخلية. وتصل هذه الذبذبات إلى الأذن الداخلية عندما تنتقل عبر الهواء. ويطلق علماء الفيزياء مصطلح الصوت على الذبذبات المماثلة التي تحدث في السوائل والمواد الصلبة. أما الأصوات التي يزيد ترددها على (20.000) هيرتز فتعرف بالموجات فوق الصوتية.
وفي هذا التقرير سأطرح نبذة حول بعض خصائص الصوت مثل: سرعة الصوت، الانكسار والحيود.
سرعة الصوت:
الوسط السرعة بالأمتار في الثانية
الألومنيوم 5,000
الخشب 4,110
الزجاج 4,540
الطوب 3,650
الفولاذ 5,200
ماء البحر عند 25°م 1,531
الماء المقطر عند 25°م 1,496
الهواء عند 15°م 340
تعتمد سرعة الصوت على الوسط الذي ينتقل خلاله. وخصائص الوسط التي تحدد سرعة الصوت هي الكثافة وقابلية الانضغاط. وتقيس قابلية الانضغاط مدى سهولة كبس المادة في حيز ضيق. وكلما زادت الكثافة وزادت قابلية الانضغاط، قلت سرعة الصوت.تكون السوائل والأجسام الصلبة أكثر كثافة من الهواء، ولكنها أقل من الهواء في قابلية الانضغاط، ولذلك، فإن الصوت ينتقل بسرعة أكبر خلال السوائل والأجسام الصلبة. ولذلك نجد مثلاً أن سرعة الصوت في الماء نحو
أربعة أمثال سرعته في الهواء. وتقاس سرعة الصوت في الهواء عادة عند مستوى سطح البحر،وعند 15°م من الحرارة. وعند هذه الدرجة، ينتقل الصوت بسرعة 340 م/ث. ولكن سرعة الصوت تزداد بزيادة درجة الحرارة. فسرعة الصوت في الهواء، على سبيل المثال،386 م/ث عند درجة الحرارة 100°م.سرعة الصوت أقل بكثير من سرعة الضوء. يتحرك الضوء في الفراغ بسرعة 299,792 كم/ث، أي بنحو مليون مرة مقدار سرعة الصوت. ونتيجة لذلك، نرى وميض البرق أثناء العواصف، قبل أن نسمع صوت الرعد. وإذا راقبت نجارًا يطرق بالمطرقة من مسافة بعيدة، فإنك سترى المطرقة تطرق الخشب قبل أن تسمع صوتها. ولعلك لاحظت أن طبقة صوت صفارة القطار تبدو أعلى والقطار يقترب، وتبدو أقل بعد أن يمر القطار ويبتعد. تنتقل موجات الصوت التي تحدثها الصفارة بسرعة ثابتة في الهواء، بغض النظر عن سرعة القطار. ولكن، بينما يقترب القطار، فإن كل موجة تالية تحدثها الصفارة تقطع مسافة أقصر إلى آذاننا. ولذلك فإن الموجات تصل بمعدل أكبر، أي بتردد أكبر، وهنا تبدو طبقة الصوت أعلى. وعندما يبتعد القطار، فإن كل موجة تالية تقطع مسافة أطول إلى الأذن، فتصل الموجات بمعدل
أقل، أي بتردد أقل، وتبدو طبقة الصوت أقل. ويسمى هذا التغير الظاهري في طبقة الصوت، الذي تحدثه الأجسام المتحركة تأثير دوبلر. ولا يتغير عمق الصوت بالنسبة لمستمع في القطار. وتطير الطائرات النفاثة أحيانًا بسرعات تفوق سرعة الصوت. ويسمع الناس على الأرض ضجيجًا عاليًا، يُعرف باسم (الفرقعة الصوتية)، و دوي اختراق حاجز الصوت، عندما تعبر فوقهم موجات صدمية من الطائرة.
الانكسار:
عندما تغادر موجات الصوت وسطًا وتدخل وسطًا آخر تختلف سرعتها، ويتغير اتجاهها. وينتج هذا التغيير في الاتجاه عن التغيُّر في سرعة الموجات، ويسمى انكسارًا. وإذا كانت سرعة موجات الصوت في الوسط الثاني أقل، تنكسر الموجات نحو العمودي. والعمودي خط وهمي يعامد الفاصل بين الوسطين. وإذا كانت سرعة الصوت في الوسط الثاني أكبر ، فإن الموجات تنكسر بعيدًا عن العمودي.
ويمكن أن تنكسر موجات الصوت أيضًا، إذا كانت سرعة الصوت تتغير من نقطة إلى نقطة في نفس الوسط. ففي هذه الحالة، تنحني الموجات نحو المنطقة ذات السرعة الأقل. وقد تكون لاحظت أن الصوت يُسمع من مسافة أبعد في الليل، مقارنة بنهار يوم ساطع الشمس. فأثناء النهار، يكون الهواء القريب من الأرض أدفأ من الهواء الذي يعلوه، ولذلك فإن موجات الصوت تنحني بعيدًا عن سطح الأرض نحو الهواء الأكثر برودة حيث تكون سرعتها أقل. وينتج عن انحناء الموجات بهذه الكيفية ضعف الصوت قرب سطح الأرض. أما في الليل، فإن الهواء القريب من سطح الأرض ويكون هو الأكثر برودة، فتنحني موجات الصوت نحو الأرض، مما يمكِّن من سماع الصوت القريب من الأرض من مسافات أبعد.
الحُيُود:
تنتشر موجات الصوت التي تنتقل بمحاذاة مبنى مبتعدة حول ركن المبنى. وعندما تمر موجات الصوت عبر الباب، تنتشر حول حافته. ويُسمَّى انتشار الموجات حول حافة عائق تمر به، أو عند مرورها خلال فتحة ما الحُيُود. ويحدث الحيود كلما مرت موجات الصوت بعائق أو فتحة، ولكنه يصبح أوضح ما يكون إذا كان الطول الموجي للصوت طويلاً بالمقارنة مع حجم العائق أو الفتحة. ويُمكِّنك الحيود من سماع الصوت حول ركن، حتى في غياب مسار مستقيم من مصدر الصوت إلى أذنيك.
الخاتمــــة:
ختاماً أرجو أن أكون قد أحطت بشكل عام ومختصر بأهم صفات وملامح سلوك الصوت ومميزاته وهي: سرعة الصوت والتي تعتمد بشكل رئيسي على طبيعة الوسط وخصائصه.
أما الانكسار فهو التغيير في اتجاه موجات الصوت بسبب اختلاف سرعتها عند دخولها إلى وسط آخر.
وأخيراً الحيود وهو انتشار الموجات إلى الخارج عندما تمر على طرف عائق أو (حافته) أو خلال فتحة.
وبلا شك فإن العلم لازال مستمراً وقائماً لاكتشاف كل جديد وحديث وتفسير النظريات والشروحات.
