محتويات
هل ينتقل الصوت في الماء أسرع
نعم، ينتقل الصوت في الماء أسرع.
ينتقل الصوت بسرعة أكبر في الماء منه في الهواء، حيث أن سرعة انتقال الصوت في الهواء تحت ظروف عادية تبلغ حوالي 343 مترًا في الثانية، بينما تبلغ سرعة الصوت في الماء حوالي 1480 مترًا في الثانية، في الأساس نجد أن الصوت القياسي هو موجة ضغط تسافر عبر المادة.
يمكنك أن تتصور المادة على أنها شبكة من كرات ثقيلة تمثل الذرات متصلة بأنابيب مرنة تمثل الروابط بين الذرات، وعندما تضغط على بعض الكرات في الشبكة، تتحرك أقرب جيرانها على جانب واحد والأنابيب المتصلة بين الكرات وجيرانها تضغط، ولكن الأنابيب المضغوطة تعود للانتعاش، وتعيد الكرات إلى وضعها الأصلي، وفي هذه العملي، تتعرض الكرات المجاورة للضغط، مما يتسبب في ضغط الأنابيب المتصلة بها، ومع تكرار تلك العملية يتحرك الصوت القياسي عبر شبكة الكرات، وبنفس الطريقة فان الصوت القياسي في الماء ينتقل عبر الماء بواسطة موجة ضغط تشبه العملية التي تم وصفها للصوت في الهواء.
مع الأخذ في الاعتبار الطبيعة الموجية للصوت، يكون من السهولة فهم أن المواد الأكثر صلابة تتقل الصوت بسرعات أعلى، في المواد الحقيقية، تؤدي الروابط الكيميائية الصلبة بين الذرات إلى سرعة صوت أعلى.
فالمواد غير الصلبة مثل الهواء والماء لها سرعات صوت بطيئة نسبياً، في حين أن المواد الصلبة مثل الماس والحديد لها سرعات صوت عالية، والمكون الرئيسي هو صلابة الروابط الكيميائية المعنية وليس فقط نوع الجزيئات الموجودة، فعلى سبيل المثال تكون جزيئات الماء المرتبطة في الجليد لديها سرعة صوت أكثر من ضعف سرعة الماء السائل.[1]
لماذا لا نسمع الصوت في الماء
من الطريف أن موجات الصوت تسافر بمعدل 4.3 مرة أسرع تحت الماء مقارنة بما يحدث في الهواء، ويعود ذلك إلى كون الماء أكثر كثافة من الهواء. نظرًا لأن موجات الصوت تسافر بسرعة أكبر بكثير تحت الماء مقارنة بالهواء، فإنه من الصعب بشكل كبير علينا تحديد مصدر تلك الموجات الصوتية.
تتوفر في أجسادنا آلية تسمى التوصيل العظمي، ويتم من خلالها استقبال الأصوات عن طريق الجزء العظمي الذي يقع خلف الأذنين، وذلك يسمح للصوت بتجاوز الأذن الخارجية تمامًا والوصول إلى القوقعة، ومن ثم إرسال إشارات إلى الدماغ.
تحت الماء، يمكن للبشر سماع الأصوات بترددات أعلى بكثير مما يستطيعون سماعه على اليابسة، والسبب وراء اختلاف النتائج التي تظهرها التجارب تعود الى اختلاف الظروف الواقعية، فاذا استمعت إلى الموسيقى تحت الماء، فستكون قادرًا على سماع ترددات أعلى قد لا نلاحظها بشكل عادي. [2]
ما هي سرعة الصوت في الهواء
سرعة الصوت في الهواء 340 مترا في الثانية.
تعرف سرعة الصوت على أنها المسافة التي يقطعها نقطة من موجة الصوت، مثل الانضغاط أو التخلخل، في وحدة من الزمن، بحيث تبقى سرعة الصوت ثابتة لجميع الترددات في وسط معين تحت الظروف الفيزيائية نفسها، نظرًا لأن سرعة الصوت هي المسافة التي يسافرها موجة الصوت في وقت محدد، يمكن تحديد سرعة الصوت باستخدام الصيغة التالية: v = λ f، حيث v هي السرعة، وλ هو طول موجة الصوت، و f هو التردد.
العلاقة بين سرعة الصوت وتردده وطول موجته هي نفسها كما هي في حالة جميع الموجات، طول موجة الصوت هو المسافة بين الانضغاطات أو التخلخلات المجاورة، والتردد هو نفس تردد المصدر وهو عدد الموجات التي تمر عبر نقطة معينة في وحدة الزمن.
ويمكن توضيح مثال كما يلي:
كم يستغرق موجة صوت بتردد 2 كيلو هرتز وطول موجة 35 سم للسفر مسافة 1.5 كيلومتر؟
الحل:
نعلم أن سرعة الصوت تعطى بالصيغة:
v = λ ν
عند استبدال القيم في المعادلة، نحصل على
v = 0.35 م × 2000 هرتز = 700 م/ث
يمكن حساب الوقت الذي يستغرقه موجة الصوت لقطع مسافة 1.5 كيلومتر على النحو التالي:
الوقت = المسافة المقطوعة / السرعة
عند استبدال القيم في المعادلة، نحصل على
الوقت = 1500 م / 700 م/ث = 2.1 ثانية.
والعوامل المؤثرة على سرعة الصوت كما يلي:
- كثافة الوسط.
- درجة حرارة الوسط.
- اختلاف الوسط الناقل.
كثافة الوسط: عندما يكون الوسط كثيفًا، فإن الجزيئات في الوسط مكتظة بشكل وثيق، مما يعني أن الصوت ينتقل بسرعة أكبر. لذلك، تزداد سرعة الصوت كلما زادت كثافة الوسط.
درجة حرارة الوسط: سرعة الصوت تتناسب مباشرة مع درجة الحرارة. لذلك، كلما زادت درجة الحرارة، زادت سرعة الصوت.
اختلاف الوسط الناقل: تعتمد سرعة الصوت على كثافة ومرونة الوسط الذي يسافر خلاله، وبشكل عام يسافر الصوت بسرعة أكبر في السوائل مقارنة بالغازات، وبسرعة أكبر في الصلبات مقارنة بالسوائل. وكلما زادت المرونة وانخفضت الكثافة، زادت سرعة الصوت في الوسط. [3]
سرعة الصوت في المواد الصلبة
الصوت مجرد اضطراب ينتشر عن طريق التصادمات بين الجزيئات، حيث يصطدم جزيء واحد بالآخر، وهكذا تكون الصلبات أكثر كثافة بكثير من السوائل أو الغازات، وهذا يعني أن الجزيئات أقرب إلى بعضها البعض في الصلبات مقارنة بالسوائل والسوائل مقارنة بالغازات، وهذا التقارب بسبب الكثافة يعني أنه يمكن أن تتصادم الجزيئات بسرعة كبيرة. عملياً، يستغرق وقت أقل لجزيء من الصلب أن يصطدم بجزئه المجاور، وبسبب هذه الفائدة فإن سرعة الصوت في الصلب أسرع من الغاز.
سرعة الصوت في الصلب تبلغ 6000 متر في الثانية، بينما تكون سرعة الصوت في الفولاذ مساوية لـ 5100 متر في الثانية، والحقيقة المثيرة للاهتمام أخرى حول سرعة الصوت هي أن الصوت يسافر بسرعة 35 مرة أسرع في الألماس مقارنة بالهواء.
أما فيما يخص سرعة الصوت في السوائل، فبالمثل يكون كثافة السائل أكبر من كثافة الغاز، وبالتالي تكون المسافات بين الجزيئات أكبر في السوائل مقارنة بالمواد الصلبة ولكنها أقل من الغازات، وبالتالي تكون سرعة الصوت في السوائل بين سرعة الصوت في المواد الصلبة والغازات. [3]
ينتقل الصوت أسرع في الفراغ
ينتقل الصوت أسرع في الفراغ، خطأ.
بالنظر في الموجات الصوتية وكيف ينتقل الصوت نجد أنها هي موجات طولية تنتقل عبر وسط مثل الهواء أو الماء، وفي علم الفيزياء يمكن تعريف الصوت على أنه اهتزاز ينتشر كموجة مسموعة للضغط، عبر وسط مثل الغاز أو السائل أو الصلب.
توضح النتائج البحثية أن الصوت يحتاج إلى وجود وسط مادي للانتقال من خلاله. وبما أن الفراغ لا يحتوي على أي مادة، فإنه لا يمكن للصوت أن ينتقل فيه، وبناءً عليه تحتاج الموجات الصوتية إلى وسط يمكنها السفر من خلاله، لذلك فهي لا يمكنها الانتقال في الفراغ. [4]
