يلعب الصوت دورًا مهمًا في حياتنا. تمنحنا الأذن كأحد أعضاء حواسنا القدرة على سماع العالم من حولنا. الصوت أمر حيوي لمشاركة المعلومات ، وخلق الفن ، والتفاعل مع الناس ، وتنظيم جداول العمل والعديد من جوانب الحياة الأخرى التي لا تعد ولا تحصى.
دعونا نفهم:
خذ شريطًا مطاطيًا وضعه حول الجانب الأطول من صندوق القلم الرصاص. أدخل قلمين بين الصندوق والمطاط المشدود. الآن نتف الشريط المطاطي في مكان ما في المنتصف. ماذا تلاحظ؟
عندما يتم نتف شريط مشدود بإحكام ، فإنه يهتز وينتج صوتًا . عندما يتوقف عن الاهتزاز ، فإنه لا يصدر صوتًا. تسمى الحركة ذهابًا وإيابًا ، أو حركة ذهابًا وإيابًا لجسم ما ، بالاهتزاز.
في البشر ، يصدر الصوت عن طريق الحنجرة أو الحنجرة . ضع أصابعك على الحلق وابحث عن نتوء صلب يبدو أنه يتحرك عند البلع. يُعرف هذا الجزء من الجسم باسم صندوق الصوت. يتم شد حبلين صوتيين عبر صندوق الصوت بطريقة تترك شقًا ضيقًا بينهما لمرور الهواء. عندما تدفع الرئتان الهواء عبر الشق ، تهتز الحبال الصوتية وتصدر صوتًا. يمكن للعضلات المتصلة بالحبال الصوتية أن تجعل الحبال مشدودة أو مرتخية.
لماذا تختلف أصوات الرجال والنساء والأطفال؟
وذلك لأن الحبال الصوتية عند الرجال يبلغ طولها حوالي 20 مم. في النساء ، تكون هذه أقصر بحوالي 5 مم. الأطفال لديهم أحبال صوتية قصيرة جدًا.
نسمع الصوت من خلال آذاننا. شكل الجزء الخارجي من الأذن يشبه القمع. عندما يدخل الصوت إلى آذاننا ، فإنه ينتقل عبر قناة يكون في نهايتها غشاء رقيق مشدود بإحكام يسمى طبلة الأذن. الاهتزازات الصوتية تجعل طبلة الأذن تهتز. ترسل طبلة الأذن اهتزازات إلى الأذن الداخلية التي ترسل الإشارة إلى الدماغ وهكذا نسمع.
يحتاج الصوت إلى وسيط لانتشاره. لا يمكنه السفر في فراغ. هذا هو سبب عدم قدرة رائدي فضاء على سماع بعضهما البعض في الفضاء أو القمر حيث لا يوجد غلاف جوي. يمكن للصوت أن ينتقل في المواد الصلبة والسوائل والغازات. سرعته أكثر في المواد الصلبة وأقل في السوائل وأقل في الغازات. على سبيل المثال ، تبلغ سرعة الصوت في الحديد ما يقرب من 5000 م / ث ، وفي الماء ما يقرب من 1500 م / ث وفي الهواء ، ما يقرب من 330 م / ث. ماذا يعني هذا؟ إنه يعني أنه كلما اقتربت الجسيمات ، يمكن للصوت أن ينتقل بشكل أسرع.
دعونا نرى كيف ينتقل الصوت في وسط.
تخيل أنك تستمع إلى الموسيقى من خلال مكبر صوت. كيف يصل الصوت من السماعة إلى أذنك؟ الصوت هو شكل من أشكال الطاقة التي تحتاج إلى مادة لتنتقل. ينتقل الصوت كموجة أو اضطراب في جزيئات الهواء. عندما يتم تشغيل الموسيقى ، يهتز مكبر الصوت. عند إيقاف تشغيل الموسيقى ، تكون طبقات الهواء ثابتة ، ولكن عند تشغيل السماعة ، يؤدي الاهتزاز إلى إزعاج طبقات الهواء هذه. لا تنتقل الجسيمات من الجسم المهتز إلى الأذن. يتم أولاً إزاحة جسيم الوسيط الملامس للجسم المهتز من موضع توازنه. ثم يبذل قوة على الجسيم المجاور. ونتيجة لذلك يتم إزاحة الجسيم المجاور عن موضعه في السكون. بعد إزاحة الجسيم المجاور ، يعود الجسيم الأول إلى موضعه الأصلي. تستمر هذه العملية في الوسط حتى يصل الصوت إلى أذنك. هذا ما يحدث أثناء انتشار الصوت في وسط ، ومن ثم يمكن تصور الصوت على شكل موجة.
عندما يتحرك جسم مهتز للأمام ، فإنه يدفع ويضغط الهواء أمامه مما يخلق منطقة ضغط مرتفع. هذه المنطقة تسمى الضغط (C). يبدأ هذا الضغط في الابتعاد عن الجسم المهتز. عندما يتحرك الجسم المهتز للخلف ، فإنه يخلق منطقة من الضغط المنخفض تسمى الخلخلة (R) . عندما يتحرك الجسم ذهابًا وإيابًا بسرعة ، يتم إنشاء سلسلة من الانضغاطات والتخلخل في الهواء. هذه تجعل الموجة الصوتية تنتشر عبر الوسط. الضغط هو منطقة الضغط المرتفع والخلخلة هي منطقة الضغط المنخفض. يرتبط الضغط بعدد جسيمات الوسط في حجم معين. تشكل حركة واحدة كاملة جيئة وذهابًا ضغطًا واحدًا وخلخلة واحدة تشكل معًا موجة واحدة. تسمى هذه الموجة التي تهتز فيها جسيمات الوسط حول مواضعها المتوسطة في اتجاه انتشار الصوت بالموجة الطولية.
بعض المصطلحات المتعلقة بالموجة:
1) السعة: يسمى الحد الأقصى للإزاحة لجسيم الوسط على جانبي موضعه المتوسط بسعة الموجة. يشار إليه بالحرف أ ووحدة النظام الدولي للوحدات الخاصة به هي المتر.
2) الفترة الزمنية: يسمى الوقت الذي يستغرقه جسيم من الوسط لإكمال الاهتزاز الفترة الزمنية للموجة. يُشار إليه بالحرف T ووحدة SI الخاصة به هي الثانية.
3) التردد: يسمى عدد الاهتزازات التي يسببها جسيم من الوسط في ثانية واحدة تردد الموجة. يُشار إليه بالحرف f ووحدة النظام الدولي للوحدات الخاصة به هي الثانية -1 أو هرتز (هرتز).
في الوقت T ، عدد الموجات = 1 ، لذلك في ثانية واحدة عدد الموجات أو التردد هو
\(f = \frac{1}{T}\)
4) الطول الموجي: المسافة التي تقطعها الموجة في فترة زمنية واحدة من اهتزاز جسيم الوسيط تسمى الطول الموجي لها ويشار إليها بالرمز λ. وحدة النظام الدولي للوحدات هي متر. في الموجة الطولية ، تساوي المسافة بين ضغطين متتاليين أو شقين متتاليين طول موجي واحد.
لا يمكن للأذن البشرية اكتشاف أصوات الترددات التي تقل عن 20 اهتزازًا في الثانية (20 هرتز). تسمى هذه الأصوات غير مسموع. على الجانب الأعلى ، فإن أصوات الترددات الأعلى من حوالي 20000 اهتزاز في الثانية (20 كيلو هرتز) غير مسموعة أيضًا للأذن البشرية. وبالتالي ، بالنسبة للأذن البشرية ، يتراوح مدى الترددات المسموعة تقريبًا من 20 إلى 20000 هرتز. يمكن لبعض الحيوانات مثل الكلاب سماع أصوات ترددات أعلى من 20000 هرتز.
دعونا نصنع سلسلة الهاتف الخاصة بنا.
المواد المطلوبة: 2 كوب ورقي ، قطعة من الخيط حول 2 قدم ، مسمار لعمل ثقب في الأكواب الورقية
1. استخدم مسمارًا لعمل ثقب صغير في قاع كل كوب ورقي
2. اسحب الخيط عبر الكأس واربط عقدة. استخدم خيطًا طويلًا لمساعدة الصوت على الانتقال لمسافة أبعد
3. يمكن لشخص واحد أن يرفع الهاتف إلى أذنه ويمكن للشخص الآخر التحدث في الكوب الآخر. أبق الخيط مشدودًا وإلا فلن تنتقل الموجات الصوتية بشكل صحيح.
كيف يعمل؟
يتم إنشاء الموجات الصوتية عندما تصدر الأصوات اهتزازات في الهواء. في هذا النشاط ، يهتز صوتك الهواء الموجود داخل الكوب ، ثم ينتقل بعد ذلك إلى قاع الكوب. يمرر قاع الكأس الموجات الصوتية إلى الوتر ، وهكذا إلى الكوب الآخر.
