محتويات
هل يؤدي تغيير طول عمود الهواء إلى تغيير حدة الصوت
نعم يؤدي تغيير طول عمود الهواء إلى تغيير حدة الصوت.
يعتمد تردد الصوت على مدى مساحة أو طول عمود الهواء، بحيث يكون التردد متناسب عكسياً مع طول عمود الهواء، وكلما كان الطول أقل، زاد التردد مما يعني تغيير حدة الصوت تبعًا للتردد، باعتبار طول عمود الهواء هو عامل يحدد تردد الصوت، كما ينخفض التردد عندما يزداد طول عمود الهواء.
نتيجة لذلك يكون طول عمود الهواء رُبع طول الموجة الأساسية أو التردد الأساسي، وهو أدنى تردد يمكن لأي آلة أن تنتجه، وهو معروف أيضًا باسم الموجة الأساسية للآلة، يتأثر تردد الصوت بأربع عوامل وهي الطول والقطر والتوتر والكثافة للوتر، وعند ضبط طول وتردد الوتر، يهتز بتردد مختلف، لذلك تكون الأوتار ذات الطول الأقصر لديها تردد أعلى وبالتالي نغمة أعلى.
عندما يكون طول أنبوب الصوت الأساسي هو ضعف طوله (أو 160 سم)، تكون الترددات الرنانة لأعمدة الهواء المفتوحة عدد صحيح مضاعف للتردد الأساسي، يجب أن يكون التردد الأساسي 200 هرتز إذا كان الأنبوب ينتج 600 هرتز و 800 هرتز (بدون نغمات في الوسط).
كما يتم تحديد التردد الفعلي بواسطة خصائص مادة الكائن (التي تؤثر على سرعة الموجة) وطول المادة (وهذا يؤثر على طول الموجة)، ويحدد تردد مصدر الصوت نغمة النوتة، يتم قياس التردد بالهرتز (Hz)، حيث يعادل هرتز واحد اهتزاز واحد في الثانية (1 هرتز)، كما أن التردد العالي يؤدي إلى صوت عالي النغمة، في حين أن التردد المنخفض يؤدي إلى نغمة منخفضة. [1]
سرعة الصوت في الهواء
سرعة انتقال الصوت هي 346 مترا في الثانية.
تم قياس سرعة انتقال الصوت في الهواء الدافئ على مستوى سطح البحر بمعدل 346 مترًا في الثانية أو 0.346 كيلومترًا في الثانية، وهذا ما يعادل سرعة سيارة تسافر بحوالي 780 ميلاً في الساعة، فحتى معظم الطائرات النفاثة لا تسافر بهذه السرعة. عندما تتجاوز الطائرة سرعة الصوت، يقال إنها تكسر حاجز الصوت وتنتج صدمة مدوية، وفي 14 أكتوبر 1947 فعل شاك ييجر ذلك بالضبط. في طائرة صغيرة تُدعى X-1، كان أول شخص يطير بسرعة أعلى من سرعة الصوت وكان السامعون على الأرض أول من سمعوا صدمة مدوية عالية للصوت.
إذا كنت قد حضرت مباراة أو جلست بعيدًا عن المسرح خلال حفلة موسيقية، فقد تلاحظ اللاعب يصدم الكرة، ولكن لم تسمع صوت الصدمة إلا بعد ثوانٍ قليلة، وذلك بسبب أن سرعة الصوت أبطأ من سرعة الضوء التي نعتاد رؤيتها، ونفس الشيء يحدث أثناء العواصف الرعدية، يحدث البرق والرعد في نفس الوقت، فنرى البرق تقريبًا فورًا لكن يستغرق وقتًا أطول لسماع الرعد، كلما استغرق الأمر وقتًا أطول لسماع الرعد، كلما ازدادت المسافة التي يجب أن يسافر فيها صوته وكلما ازداد بُعد العاصفة.
تسافر شرارة الضوء من البرق بسرعة تقدر بحوالي 300,000 كيلومتر في الثانية أو 186,000 ميل في الثانية، ولهذا السبب نراها قبل أن نسمع الرعد بكثير، فإذا حدث برق على بُعد كيلومتر واحد، يصل الضوء تقريبًا فورًا (1/300,000 من الثانية) ولكن يستغرق الصوت ما يقرب من 3 ثوانٍ للوصول، إذا كنت تفضل الحساب بالأميال لكا ثانية، فإن الصوت يستغرق ما يقرب من 5 ثوانٍ للسفر مسافة ميل واحد. [2]
تأثير درجة الحرارة على انتقال الصوت
تعتبر درجة الحرارة أيضًا شرطًا يؤثر على سرعة الصوت، فالحرارة مثل الصوت هي شكل من أشكال الطاقة الحركية، وتحتوي جزيئات ذات درجات حرارة أعلى على مزيد من الطاقة، وبالتالي يمكن لها الاهتزاز بسرعة أكبر، ونظرًا لأن الجزيئات تهتز بسرعة أكبر، يمكن لموجات الصوت أن تنتقل بسرعة أكبر، لذلك نجد أن سرعة الصوت في الهواء عند درجة حرارة الغرفة هي 346 مترًا في الثانية، وهي أسرع من 331 مترًا في الثانية، وهي سرعة الصوت في الهواء عند درجات حرارة تجمد الماء.
والصيغة لحساب سرعة الصوت في الهواء هي كما يلي: v = 331 + 0.6T
حيث v هي سرعة الصوت و T هي درجة حرارة الهواء، مع وضع في الاعتبار أن هذه الصيغة تحسب سرعة الصوت المتوسطة لأي درجة حرارة معينة، كما أن سرعة الصوت أيضًا تتأثر بعوامل أخرى مثل الرطوبة وضغط الهواء.
كما أن سرعة الصوت تتأثر بكثافة الهواء، فلنفترض أن لدينا حجمان من مادة مثل الهواء لديهما كثافات مختلفة، ونعلم أن المادة الأكثر كثافة يجب أن تحتوي على مزيد من الكتلة لكل وحدة حجم، يتم ضغط مزيد من الجزيئات في نفس الحجم، وبالتالي تكون الجزيئات أقرب بعضها البعض وروابطها أقوى، نظرًا لأن الصوت ينتقل بسهولة أكبر بين الجزيئات ذات الروابط القوية، ينتقل الصوت بسرعة أعلى عبر الهواء الأكثر كثافة.
ومع ذلك نلاحظ أن الصوت ينتقل بسرعة أكبر في الهواء الأكثر دفئًا بدرجة 40 درجة مئوية من الهواء الأكثر برودة بدرجة 20 درجة مئوية، وربما هذا لا يبدو صحيحًا لأن الهواء الأكثر برودة أكثر كثافة، ومع ذلك في الغازات، يتسبب زيادة الحرارة في زيادة سرعة حركة الجزيئات وهذا يشرح زيادة سرعة الصوت في هذه الحالة. [2]
ما هو الصوت وكيف ينتقل
الصوت هو اهتزاز ينتقل عبر وسط انتقال مثل الغاز أو السائل أو الصلب على شكل موجة صوتية.
ربما تساءلت كيف ينتقل الصوت ليصل الى الأذن ونسمعه، يحدث إنتاج الصوت عندما يهتز جسم ما، فمثلًا نحن كبشر ننتج أصواتًا صوتية عندما تهتز أحبالنا الصوتية، والتي بدورها تهتز جزيئات الهواء ويتم بالتالي نقل الصوت عبر الهواء، فيتم إنتاج الصوت عندما يهتز جسم نتيجة لأي قوة، كما ينتج هذا الاهتزاز موجات تنتقل عبر وسط للوصول إلى وجهتها، وهي أذننا، حيث يتم سماعها.
يتكون الجزء الخارجي من الأذن على شكل قمع، عندما يدخل الصوت، يسافر من خلال قناة إلى طبلة الأذن، وهي غشاء رقيق مشدود في الطرف الآخر، فتنقل الطبلة الاهتزازات إلى الأذن الداخلية، والتي يتم بعدها نقلها إلى الدماغ، حيث يتم سماع الأصوات.[3]
هل ينتقل الصوت في الفراغ ولماذا
لا، لا ينتقل الصوت في الفراغ.
الصوت هو شكل من أشكال الطاقة التي تتألف من موجات اهتزازية، فعندما يصنع اهتزاز الأجسام حركة في جزيئات الهواء المحبطة بها، فتصطدم هذه الجزيئات بسبب الاهتزاز وتثير الجزيئات المجاورة مما يجعلها تهتز أيضًا، لذا تستمر هذه العملية في اصطدام الجزيئات، ومن ثم تسبب هذه الاصطدامات في إنشاء موجات صوت.
الصوت لا يمكن أن ينتشر في فراغ، لأن الصوت هو موجة ميكانيكية، لذلك يتطلب لنشره وجود مادة أو وسط محيط، ونحن نعلم أن الفراغ هو مساحة فارغة حيث لا توجد فيه جزيئات المادة، لذلك نجد أنه لا يمكن للصوت أن ينتقل عبر الفراغ لعدم وجود جزيئات للقيام بالاهتزاز. [4]
