الموجات الميكانيكية " الصوت"
المقدمة:
هل سألت نفسك يوماً ما أهمية الصوت في حياتنا؟
وهل فكرت يوماً كيف يُنتج الصوت المهتز الموجات الصوتية؟
وهل سألت نفسك يوماً لماذا ينتقل الصوت في السوائل بسرعة تفوق انتقاله في الهواء؟
العرض:
الصَّـــوْت يحيط بنا طوال الوقت وهو عبارة عن موجات ميكانيكية طولية . فقد نصحو في الصباح على جرس ساعة التنبيه أو على شقشقة العصافير. وخلال اليوم نستمع إلى كل أنواع الأصوات، مثل صلصلة أواني المطبخ، وأزيز حركة المرور، وأصوات الناس. وعندما نتهيأ للنوم ليلاً، قد نسمع نقيق الضفادع أو حفيف الرياح.
وكل الأصوات التي نسمعها تشترك في أمر واحد هو أن كل صوت من هذه الأصوات تحدثه اهتزازات جسم ما، فعندما يهتز الجسم فإنه يجعل الهواء المحيط به يهتز. تنتشر الاهتزازات في كل الاتجاهات مبتعدة عن المصدر. وعندما تدخل الاهتزازات آذاننا تنتقل إلى الدماغ الذي يترجمها إلى أصوات. انظر: الأذن. ورغم أن كثيرًا من الأصوات التي نسمعها تنتقل عبر الهواء، إلا أن الصوت يمكن أن ينتقل خلال أي مادة. فمثلاً، ينتقل الصوت جيدًا عبر الأرض الصلبة. ولهذا السبب كان الهنود الأمريكيون يضعون آذانهم على الأرض يتنصتون لضربات حوافر الخيول القادمة من بعيد.
وللصوت أهمية كبرى في حياتنا. فهو أولاً يمكننا من الاتصال بعضنا ببعض عن طريق الكلام. كما أن أصواتًا كثيرة، مثل الموسيقى وتغريد العصافير، تدخل البهجة إلى النفس. وأصوات البث الإذاعي والتلفازي تنقل إلينا آيات كتاب الله الكريم والمعلومات والترويح. وهناك أصوات تنذرنا بالأخطار مثل بوق السيارة وأجراس الحريق. كما نستخدم الصوت بطرق عديدة أخرى. ونستطيع أن نعرف ما إذا كان الجسم مجوفًا إذا قرعناه. ويتمكن الطبيب من تشخيص المرض بعد استخدام السماعة الطبية ليتنصت لأصوات القلب والرئتين.
طبيعة الصوت
إذا أسقطت حجرًا صغيرًا في بركة ساكنة، ستشاهد سلسلة من الأمواج تنتقل مبتعدة عن النقطة التي لامس فيها الحجر سطح الماء. كذلك ينتقل الصوت في موجات، عندما يتحرك خلال الهواء أو أي وسط آخر. وتنتج الموجات من جسم مهتز. ففي حالة حركة الجسم المهتز إلى الخارج، يحدث ضغط على الوسط المحيط به، فتنتج منطقة ضغط. وعندما يتحرك الجسم بعد ذلك للداخل، يتمدد الوسط في الحيز الذي كان يشغله الجسم. وتسمى منطقة التمدد هذه تخلخلاً. وباستمرار تحرك الجسم إلى الداخل والخارج، تنتقل سلسلة من الضغوط والتخلخلات بعيدًا عنه. وتتكون الموجات الصوتية من هذه الضغوط والتخلخلات.
لانتقال موجات الصوت يلزم وجود وسط، ولذلك فإن الصوت ينعدم في الفضاء الخارجي، لعدم احتوائه على وسط مادي يضغطه أو يمدده الجسم المهتز.
ويمكن أن توصف طبيعة صوت معين بدلالة 1- التردد وطبقة الصوت، 2- الشدة والارتفاع، 3- النوعية.
التردد وطبقة الصوت
يسمى عدد الضغوط والتخلخلات التي ينتجها الجسم المهتز في كل ثانية تردد موجات الصوت. وكلما ازدادت سرعة اهتزاز الجسم ارتفعت قيمة تردده. ويستخدم العلماء وحدة الهرتز لقياس التردد، ويساوي الهرتز( Hz ) الواحد اهتزازة واحدة كل ثانية. وعندما يزداد تردد الموجات الصوتية يقل طولها الموجي. والطول الموجي: هو المسافة بين أية نقطة على موجة والنقطة التي تقابلها في الموجة التالية.
يسمع معظم الناس الأصوات التي يتراوح ترددها بين 20 و20,000 هرتز. ويستطيع الوطواط والكلب وأنواع أخرى كثيرة من الحيوانات سماع أصوات ذات ترددات أعلى بكثير من 20,000 هرتز. والأصوات المختلفة لها أيضًا ترددات مختلفة. على سبيل المثال تردد صلصلة المفاتيح، يترواح بين 700 و15,000 هرتز. ويستطيع صوت الإنسان أن يحدث ترددات تتراوح بين 85 و1,100هرتز. ولنبرات البيانو ترددات تتراوح بين نحو 30 و15,000 هرتز.
تردد الصوت يحدد طبقة الصوت، أي درجة علو وانخفاض الصوت كما يتلقاه المستمع انظر: طبقة الصوت. وللأصوات عالية الطبقة ترددات أعلى من الأصوات منخفضة الطبقة. وتستطيع الآلات الموسيقية أن تنتج مدى واسعًا من طبقات الصوت. ففي البوق على سبيل المثال، صمامات تستطيع أن تقصِّر أو تطيل عمود الهواء المهتز داخل الآلة. وينتج العمود القصير صوتًا ذا تردد عال وطبقة صوتية عالية بينما يؤدي العمود الطويل إلى نبرة ذات تردد قصير وطبقة صوتية منخفضة.
الشدة والارتفاع:
ترتبط شدة الصوت بمقدار الطاقة التي تنساب في موجاته. وتعتمد الشدة على اتساع الاهتزازات التي تحدث الموجة. والاتساع هو المسافة التي يتحركها الجسم المهتز من موضع السكون، أثناء اهتزازه. فكلما زاد اتساع الاهتزاز زادت شدة الصوت.
أما ارتفاع الصوت فيرجع إلى القوة التي يتخذها الصوت عندما يقرع آذاننا. فكلما زادت شدة الصوت، عند قيمة ثابتة للتردد، بدا لنا أكثر ارتفاعًا. ولكن الأصوات التي لها نفس الشدة ولها ترددات مختلفة، لا يكون لها نفس الارتفاع. وللأذن حساسية منخفضة تجاه الأصوات التي تكون تردداتها قريبة من الحديْن الأعلى والأدنى لمدى الترددات التي نستطيع أن نسمعها. لذلك فإن الصوت عالي التردد والصوت منخفض التردد لا يبدوان في ارتفاع صوت له نفس الشدة في منتصف مدى الترددات المسموعة.
وتضعف موجات الماء في بركة وهي تبتعد عن مصدرها. وبنفس الطريقة، تقل شدة موجات الصوت وهي تنتشر بعيدًا عن مصدرها في كل الاتجاهات. ولذلك، فإن ارتفاع الصوت يقل كلما زادت المسافة بين الشخص ومصدر الصوت. وتستطيع أن تلاحظ هذه الظاهرة وأنت تبتعد، في حقل كبير، عن صديق لك يتحدث على مستوى ثابت. كلما ابتعدت أكثر كان صوت صاحبك أضعف. وتقاس شدة الصوت عادة بوحدة" الديسيبل".
سلوك الصوت:
سرعة الصوت. تعتمد سرعة الصوت على الوسط الذي ينتقل خلاله الصوت. وخصائص الوسط التي تحدد سرعة الصوت هي الكثافة وقابلية الانضغاط. والكثافة هي مقدار الكتلة الموجودة في وحدة الحجم من المادة. وتقيس قابلية الانضغاط مدى سهولة كبس المادة في حيز ضيق. وكلما زادت الكثافة وزادت قابلية الانضغاط، قلت سرعة الصوت.
تكون السوائل والأجسام الصلبة بصفة عامة أكثر كثافة من الهواء، ولكنها أيضًا أقل من الهواء بكثير 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، وسرعته في الفولاذ نحو 15 مرة مقدار 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.
الخاتمة:
وهكذا يتبين لنا أن الموجات الميكانيكية "الصوت" تتنوع في حياتنا و بيئتنا التي نعيش فيها ، و أنها صادرة عن اهتزاز جسم ما ، وأن الصوت مهم في حياتنا، وأن الأصوات تختلف في شدتها من صوت إلى آخر.
والجدول التالي يبين سرعة الصوت في الأوساط المختلفة:
الوسط السرعة
( (m/s
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
المقترحات والتوصيات:
1) الأصوات المرتفعة مؤذية للأذن لذا يجب الابتعاد عن أماكن الضوضاء.
2) بناء المطارات بعيداً عن المناطق السكنية.
3) محاولة إيجاد بدائل للأجهزة التي تصدر أصواتاً مرتفعة.
أسماء المراجع العلمية
1) محمد النادي – خواص المادة والصوت، دار النهضة.
2) خليل وشاح و آخرون – الفيزياء الحديثة، منشورات جامعة القدس المفتوحة.
3) كنث وفورد – الفيزياء الكلاسيكية والحديثة – مجمع اللغة العربية الأردني – عمّان 1985م
بسم الله الرحمن الرحيم
دولة الإمارات العربية المتحدة المنطقة الغربية التعليمية
وزارة التربية والتعليم مدرسة بورحمة للتعليم الأساسي والثانوي للبنين
الموجات الميكانيكية " الصوت"
الاسم : …………………………….
الصف : …………………………….
المادة:……………………………
إشراف المعلم الفاضل: …………..
السنة الدراسية :.
منقول 
