طبيعة الصوت





الأهداف : يؤمل من الدارسين لهذاالموضوع أن يحققوا النتاجات التالية :



1. يعرفوا أن الأصوات تنتج عن اهتزاز الأجسام .

2. يعرفوا بكلماتهم الخاصة : (شدة الصوت - تواتر (تردد) الصوت ، طابع (نوع) الصوت ، الموجة الطولية ، الموجات فوق الصوتية ، الموجات تحت الصوتية .

3. أن يُقارنوا بين سرعة الموجات الصوتية في المواد المختلفة .

4. أن يفسروا لماذا لا يمكن سماع الصوت على سطح القمر .

5. يستنتجوا العوامل التي تؤثر في سرعة الصوت .





تمهيد 1 :



1. يمكن أن تقرع على كأس زجاجي ، أو تضرب على الطبل فيحدث الصوت .





2. يحدث الصوت إذا ضربنا على وتر مشدود ، كوتر آلة العود أو الجيتار ، يظل الوتر يصدر الصوت ما بقي مهتزاً ، فإذا أوقفنا اهتزازه انعدم الصوت .



3. خذ قنينة فارغة وانفخ عند فوهتها مباشرة أو بواسطة قصبة ، ستسمع صوتاً سببه اهتزاز عمود الهواء داخل القنينة.

يمكنك إعادة التجربة بعد وضع كمية قليلة من الماء في القنينة وستسمع صوتاً يختلف عن الصوت الأول ... وهكذا فلو أنك تابعت على ذات النسق أي إضافة الماء والنفخ لوجدت أن الأصوات المتولدة تكون مختلفة .



ما الذي يتغير في القنينة مع كل إضافة للماء ؟

ما سبب الاختلاف في الأصوات التي تسمعها ؟

الجواب : إن سبب الاختلاف هو تغير طول عمود الهواء المهتز بعد كل إضافة للماء .





4. نقرع الشوكة الرنانة بمطرقة خشبية فنسمع صوتاً . إذا قرَّبنا من حافة الشوكة الرنانة أثناء سماع الصوت ، كرة خفيفة معلقة بخيط نلاحظ أنها تندفع عن حافة الشوكة وهذا يدل على اهتزاز شعبة الشوكة الرنانة وإذا لامسنا الشوكة الرنانة ، ومنعناها من الاهتزاز نقطع الصوت ، وتتوقف الكرة عن الحركة .



مهيد 2 :



عزيزي الدارس ،

عندما تتكلم ، فإن الصوت ينشأ من اهتزاز الأحبال الصوتية للحنجرة .ولعلك تعلم أن النغمات الموسيقية التي تستمع إليها من آلة العود تنشأ من اهتزاز الأوتار المشدودة لهذه الآلة .

ولكن هل تعرف كيف تصل هذه النغمات إلينا ؟



يُعَدُّ سماعنا للأصوات التي تصل إلى آذاننا عبر الهواء الدليل على انتشار الصوت في الغازات (الهواء)

عندما تسبح تحت الماء ، تدرك ان الصوت ينتشر عبره بشكل جيد .

عند اقتراب القطار من محطةٍ ما ، يُمكننا أن نستمع لاهتزاز قضبان سكة القطار ( سكة الحديد ). وهذا دليل على انتشار الصوت في الاجسام الصلبة.



تجربة مفرغة الهواء :



ولكن هل يمكن انتقال هذه الموجات في الفراغ ؟ أي الوسط الخالي من المادة أو الدقائق ( الجزيئات ) .



هل لاحظت كيف يتخاطب الرواد في الفضاء الخارجي أو على سطح القمر مثلاً ؟؟؟؟

إنهم بحاجة إلى أجهزة اللاسلكي للتخاطب لأن أصواتهم لا تستطيع الانتقال في الوسط المحيط بهم ، حيث الغلاف الجوي للقمر متناهي الصغر ولا يصلح لنقل الأصوات مباشرة .







انتقال الصوت :



ينشأ عن اهتزاز الأحبال الصوتية للحنجرة أو اهتزاز عمود هواء أو اهتزاز أوتار آلة العود ، سلسلة من الاهتزازات ( تضاغطات وتخلخلات ) التي تسمى الموجات الصوتية . تنتقل موجات الصوت في الأوساط المادية مثل الهواء المحيط به والأجسام الصلبة مثل قضبان الحديد والسوائل مثل الماء . و يعود انتقال الصوت في الأوساط المادية إلى أن دقائق المادة ، أياً كانت قادرة على تمرير الاهتزازات عبرها . طبعاً بعض المواد يمكنها تمرير هذه الاهتزازات ، أي نقل موجات الصوت ، بصورة أفضل من غيرها .



هنالك مواد كثيرة تعتبر أفضل من الهواء في توصيل موجات الصوت ، ومنها الأجسام الصلبة والسائلة .

يشبه انتقال الموجات الصوتية في الوسط المادي ، انتقال الحرارة بالحمل خلال المادة .

دلت التجارب أن سرعة الصوت في الأجسام الصلبة أكبر من سرعته في السوائل وإن سرعته في السوائل أكبرُ من سرعته في الغازات .





انتشار الصوت في الغازات :

دلت التجارب على أن سرعة انتشار الصوت في الغازات تتأثر بمجموعة من العوامل :

فهي تزداد كلما نقصت كثافة الغاز .

وهي تزداد بازدياد درجة حرارة الغاز .



الصوت يحتاج إلى وسط مادي لكي ينتقل خلاله .

الصوت عبارة عن سلسلة من التضاغطات والتخلخلات تنتقل في الوساط المادية التي تصل إلى الأذن وتتحسس بها .







كيفية حدوث السمع :



علمت أن الصوت ينشأ عن اهتزاز الأجسام أو اهتزاز عمود هوائي ، وهذا الاهتزازا يؤثر في جزيئات ( دقائق ) الوسط المحيط ، فتهتز هي الأخرى إلى أن يصل الصوت ـ الموجات ـ إلى أُذان المستمع .



عندما يصل الصوت إلى الآذان ، يعمل على اهتزاز طبلة الأذن وتتحول هذه الاهتزازات إلى نبضات كهربائية تنتقل خلال العصب السمعي إلى المخ الذي يقوم بترجمتها إلى أصوات.



سؤال : لماذا يكون غشاء طبلة الأذن مرناً ؟





خواص الصوت

الصفات الوظيفية للصوت



يمكنك تمييز صوت الأطفال الصغار أثناء لعبهم ، كما يمكنك تمييز صوت من هم أكبر سناً .





كيف يمكنك تمييز النغمات الموسيقية الواحدة عن الأخرى ؟







لقد سمعت صوت العود وصوت البيانو ولا شك أنك لاحظت الفرق بينهما وأنه يمكنك أن تميز موسيقى الواحد منها عن الآخر .



إن الأصوات التي تسمعها في حياتك اليومية ، تختلف يعضها عن بعض ، فمنها ما هو شديد كقصف الرعد ، ومنها ما هو غليظ كصوت الرجل أو حاد كالصفير أو رنين الأجراس .









سرعة الصوت



سرعة الصوت هي الإزاحة التي يقطعها الصوت في الثانية الواحدة عند انتقاله في وسط معين .



نرى وميضَ البرقِ قبل سماع الرعد مع انهما يحدثان في وقت واحد .

نسمع عن بُعد صوت المدفع بعد رؤيتنا اللهب يخرج من فوهته .

عند اقتراب القطار من محطةٍ ما ، يُمكننا أن نستمع لاهتزاز قضبان سكة القطار ( سكة الحديد ). قبل أن نتمكن من مشاهدة القطار او سماع صوته عبر الهواء أثناء قدومه هذا يدل على انتشار الصوت في الأجسام الصلبة وعلى أن سرعة انتقال الصوت في الأجسام الصلبة أكبر من سرعته في الهواء ( الغازات ) .



العوامل المؤثرة في سرعة الصوت :

تنتقل الموجات الصوتية فقط في الأوساط المادية سواء الصلبة أو السائلة أو الغازية .



تعتمد سرعة انتقال الصوت على طبيعة الوسط المادي وليس على مصدر الصوت ، فأنت إذا جلست على مدرج ملعب كرة قدم ، ستستمع بنفس الوقت لأصوات مختلفة الشدة .





هناك عدة عوامل تؤثر على سرعة انتقال الصوت في الوسط المادي ومن أهمها :

أ) درجة الحرارة : تزداد سرعة الصوت في المادة ذاتها كلما ارتفعت درجة حراراتها وتنخفض بانخفاضها .

مثلاً : سرعة الصوت في الهواء 344 م / ث عند الدرجة 20 ْ م .

سرعة الصوت في الهواء 331 م / ث عند الدرجة صفر ْ م .



ب) كثافة الوسط المادي الذي يتحرك فيه الصوت : ونعني بالكثافة هنا مدى تقارب جزيئات المادة التي ينتقل فيها الصوت ، فكلما كانت الجزيئات قريبة من بعضها تزداد سرعة الصوت . لذلك يكون الصوت أسرع ما يمكن في المواد الصلبة ثم في المواد السائلة وأخيراً في الغازات .



سؤال : أين تكون سرعة الصوت أكبر في الهواء قرب سطح البحر أم على جبل ارتفاعه 1200م عن سطح البحر ؟



ج) مرونة المادة : المقصود بمرونة المادة ، عودة جزيئاتها إلى وضعها الأصلي بعد اضطرابها فكلما عادت جزيئات المادة بسرعة كانت مرونة المادة عالية ، وكلما كانت عودة الجزيئات بطيئة كلما كانت المادة قليلة المرونة وعلى هذا فإن الحديد أكثر مرونة بكثير من الهواء ، كيف تفسر هذه العبارة ؟



بعض المعادن مثل الحديد والنيكل تُعد مواد مرنة جداً وبالتالي فإنها تنقل الصوت بشكل جيد .



تُعد معظم السوائل غير مرنة بشكل كاف وبالتالي فإنها لا تنقل الصوت بشكل جيد ، وتعتبر الغازات الأسوأ من حيث المرونة وبالتالي فهي وسط ضعيف لنقل الصوت .



يتحرك الصوت بشكل جيد خلال الوسط المادي ذو الكثافة العالية مثل الحديد حيث الجزيئات قريبة من بعضها البعض .

- كثافة الهواء تؤثر على سرعة انتقال الصوت ، فعند مستوى سطح البحر ، تكون كثافة الهواء ـ سبب الضغط الجوي ـ أعلى / أكبر منها في المناطق الجبلية وهكذا تجد أن الصوت ينتقل في الهواء بسرعة أقل كلما ارتفعنا عن مستوى سطح البحر .