این درس در مورد چگونگی استفاده از نور و صدا برای ارسال پیام و به اشتراک گذاشتن ایدهها است. ما هر روز از نور و صدا برای صحبت کردن، یادگیری و بازی استفاده میکنیم. اگرچه آنها متفاوت هستند، اما هر دو به ما در برقراری ارتباط کمک میکنند. در این درس، یاد خواهیم گرفت که نور و صدا چیستند، چگونه حرکت میکنند و چگونه در زندگی روزمره ما استفاده میشوند. همچنین مثالهایی از زندگی روزمره خواهیم دید که یادگیری را سرگرمکننده و آسان برای درک میکند.
نور نوعی انرژی است که دیدن را برای ما ممکن میسازد. وقتی نور به جسمی برخورد میکند، چشمان ما میتواند شکل و رنگ آن را ببیند. خورشید نور طبیعی به ما میدهد و چراغهای الکتریکی به ما کمک میکنند تا در تاریکی ببینیم. یک چراغ قوه یا لامپ در خانه نشان میدهد که چگونه از نور در داخل خانه استفاده میکنیم. نور همچنین میتواند به صورت موج حرکت کند، به این معنی که در الگویی حرکت میکند که مانند موجهای ملایم در یک برکه به نظر میرسد. اگرچه این امواج بسیار سریع هستند، اما ما حرکت آنها را نمیبینیم؛ ما فقط نور را میبینیم.
گاهی اوقات از نور برای ارسال پیامهای خاص استفاده میشود. برای مثال، چراغهای راهنمایی از رنگهای قرمز، زرد و سبز برای اعلام زمان توقف و حرکت به ما استفاده میکنند. این روشی برای برقراری ارتباط با رانندگان و عابران پیاده است. مثال دیگر، نحوهی استفادهی کنترل از راه دور تلویزیون از نور نامرئی به نام نور مادون قرمز برای کار است. وقتی دکمهای را روی کنترل از راه دور فشار میدهید، یک سیگنال نوری مخفی به تلویزیون شما ارسال میشود.
در یک آزمایش ساده، ممکن است دیده باشید که چگونه یک آینه میتواند نور را منعکس کند. وقتی چراغ قوه را به آینه میتابانید، نور منعکس میشود و میتواند مکانهای مختلف اتاق را به شما نشان دهد. این نور منعکس شده نوعی ارتباط است، زمانی که ما از آینهها برای ارسال سیگنال یا پیام به دوستی که در فاصله دوری است استفاده میکنیم.
صدا نوع دیگری از انرژی است، اما عملکرد آن با نور متفاوت است. صدا زمانی ایجاد میشود که چیزی مرتعش شود. به زمانی که دست میزنید فکر کنید. دست زدن حرکات ریزی در هوا ایجاد میکند. این حرکات به صورت امواج صوتی در هوا حرکت میکنند، بسیار شبیه به موجهایی که هنگام پرتاب سنگ روی برکه ایجاد میشوند.
هر بار که صحبت میکنید یا آواز میخوانید، در حال تولید صدا هستید. یک گیتار، یک درام یا حتی یک زنگوله وقتی میلرزد، صدا تولید میکند. گوشهای شما این ارتعاشات را دریافت میکنند و مغزتان به شما میگوید که چه میشنوید. به همین دلیل است که میتوانید به صدای یک دوست گوش دهید، حتی اگر از آن طرف اتاق صحبت کند.
صدا در زندگی روزمره ما بسیار مهم است. به عنوان مثال، زنگ مدرسه شروع یا پایان کلاس را نشان میدهد. آژیرها و زنگهای خطر از صداهای بلند برای جلب توجه ما استفاده میکنند تا در امان باشیم. حتی حیوانات نیز از صدا برای صحبت با یکدیگر استفاده میکنند. پرندگان صبحها آواز میخوانند و سگها پارس میکنند تا به ما بگویند که هیجانزده هستند یا به کمک نیاز دارند. همه این صداها به ما کمک میکنند تا پیامها را درک کنیم و به اشتراک بگذاریم.
نور و صدا هر دو به صورت موج حرکت میکنند، اما این کار را به روشهای مختلفی انجام میدهند. نور بسیار سریع حرکت میکند و میتواند در فضا - حتی در فضای خالی - حرکت کند. این بدان معناست که نور خورشید از آسمان عبور میکند تا به زمین برسد، حتی اگر هوایی بین خورشید و سیاره ما وجود نداشته باشد.
امواج صوتی به طور متفاوتی عمل میکنند. آنها برای عبور به چیزی مانند هوا، آب یا یک جسم جامد نیاز دارند. وقتی در یک اتاق خالی یا بیرون فریاد میزنید، صدا از طریق هوا عبور میکند تا به گوش کسی برسد. بدون هوا یا ماده دیگری، صدا نمیتواند منتقل شود. به همین دلیل است که فضانوردان در فضا باید از رادیو برای صحبت با یکدیگر استفاده کنند زیرا صدا نمیتواند در فضای خالی اطراف فضاپیما منتقل شود.
یک راه برای درک چگونگی حرکت امواج، تصور آب در یک برکه است. وقتی یک سنگ کوچک را در آب میاندازید، موجهایی تشکیل میشوند. این موجها از جایی که سنگ افتاده است به بیرون پخش میشوند. به همین ترتیب، نور و صدا از جایی که ساخته شدهاند، پخش میشوند. دانشمندان گاهی اوقات از یک فرمول ساده برای نشان دادن سرعت حرکت امواج استفاده میکنند. به عنوان مثال، برای بسیاری از امواج، میتوانیم سرعت را به صورت \( \textrm{وی} = \textrm{ف}\lambda \) بنویسیم که در آن \(\textrm{وی}\) سرعت، \(\textrm{ف}\) فرکانس و \(\lambda\) طول موج است. این فرمول به ما کمک میکند تا درک کنیم که اگر امواج خیلی سریع (فرکانس بالا) یا اگر خیلی طولانی (طول موج بلند) باشند، سرعت تغییر میکند. اگرچه این فرمول ممکن است پیچیده به نظر برسد، ایده پشت آن ساده است: امواج سرعتی دارند که به ویژگیهای آنها بستگی دارد.
بسیاری از دستگاههای مدرن از نور برای ارسال و دریافت اطلاعات استفاده میکنند. یک مثال رایج، کنترل از راه دور تلویزیون شماست. یک کنترل از راه دور از نوع خاصی از نور به نام نور مادون قرمز استفاده میکند. وقتی دکمهای را فشار میدهید، کنترل از راه دور فلاشهای سریعی از نور مادون قرمز ارسال میکند. تلویزیون شما این فلاشها را دریافت میکند و کانال یا میزان صدا را بر اساس سیگنال تغییر میدهد.
یکی دیگر از راههای مهم برقراری ارتباط با نور، از طریق کابلهای فیبر نوری است. این کابلها رشتههای نازکی از شیشه هستند که سیگنالهای نوری را در فواصل طولانی حمل میکنند. وقتی با تلفن صحبت میکنید یا از اینترنت استفاده میکنید، نور از طریق این کابلها با سرعت زیادی اطلاعات زیادی را منتقل میکند. این روش ارتباطی بسیار سریع و قابل اعتماد است. در شهرها و خانهها، این خطوط کابلی به مردم کمک میکنند تا همیشه پیامها، تصاویر و ویدیوها را به اشتراک بگذارند.
نور همچنین در وسایل روزمره مانند چراغهای راهنمایی و رانندگی استفاده میشود که از رنگهای مختلف برای ارسال پیام به رانندگان استفاده میکنند. چراغ قرمز به معنای توقف، چراغ زرد به معنای احتیاط و چراغ سبز به معنای حرکت است. این چراغها به حفظ امنیت همه در جادهها کمک میکنند. حتی چیزهای سادهای مانند چراغهای چشمکزن روی یک اسباببازی یا یک وسیله از ایده ارسال سیگنال با استفاده از نور استفاده میکنند. این نشان میدهد که چگونه نور، حتی اگر نتوانیم مستقیماً نور مادون قرمز را ببینیم، نقش بزرگی در نحوه برقراری ارتباط ما ایفا میکند.
صدا هنگام صحبت کردن و به اشتراک گذاشتن اطلاعات بسیار مهم است. وقتی با یک دوست صحبت میکنید، از صدا برای بیان افکارتان به او استفاده میکنید. صدای شما زمانی ایجاد میشود که هوا هنگام عبور از گلو و دهان شما مرتعش میشود. این ارتعاشات به کلماتی تبدیل میشوند که شخص دیگر میشنود.
تلفنها ابزارهای فوقالعادهای هستند که از صدا برای کمک به ما در صحبت با افرادی که در فاصله دوری از ما هستند استفاده میکنند. وقتی با تلفن صحبت میکنید، صدای شما امواج صوتی ایجاد میکند که از طریق سیم یا هوا حرکت میکنند تا به فرد مقابل برسند. وقتی آنها صدای شما را میشنوند، ممکن است حتی واضحتر به نظر برسد زیرا فناوری به قوی و واضحتر شدن صدا کمک میکند.
یکی دیگر از روشهای جالب برای برقراری ارتباط با صدا، استفاده از روشی به نام کد مورس است. کد مورس از یک سری بوق یا کلیک برای نمایش حروف و اعداد استفاده میکند. هر صدا مانند یک نقطه یا خط تیره است. مردم مدتها پیش از کد مورس برای ارسال پیام از طریق خطوط تلگراف استفاده میکردند. اگرچه اکنون هر روز از کد مورس استفاده نمیکنیم، اما نشان میدهد که میتوان از صدا به روشهای خلاقانه زیادی برای به اشتراک گذاشتن اطلاعات استفاده کرد.
بسیاری از دستگاهها از صدا برای هشدار دادن به ما استفاده میکنند. برای مثال، وقتی زنگ مدرسه به صدا در میآید، به دانشآموزان میگوید که زمان تغییر کلاس فرا رسیده است. آژیرهای اضطراری از صداهای بلند و گوشخراش برای آگاه کردن مردم از خطر استفاده میکنند. آلات موسیقی به روشهای مختلفی صدا ایجاد میکنند و نوازندگان از این صداها برای ساخت موسیقی زیبا استفاده میکنند. همه این مثالها نشان میدهند که صدا ابزاری قدرتمند برای ارسال پیام و احساسات است.
اگرچه نور و صدا به روشهای مختلفی حرکت میکنند، اما چند شباهت مهم دارند. هم نور و هم صدا نوعی انرژی هستند. هر دو به صورت موج حرکت میکنند. این بدان معناست که آنها در حرکت خود از یک مکان به مکان دیگر، یک آغاز، یک میانه و یک پایان دارند. چه نور را از یک لامپ ببینید و چه صدای زنگ را بشنوید، در حال تجربه انرژی هستید که به چشمها یا گوشهای شما میرسد.
هم نور و هم صدا میتوانند برای به اشتراک گذاشتن اطلاعات استفاده شوند. یک چراغ چشمکزن میتواند سیگنالی ارسال کند، همانطور که یک بوق یا زنگ میتواند کسی را آگاه کند. فناوری اغلب از نور و صدا با هم برای ارسال پیام استفاده میکند. به عنوان مثال، یک تماس ویدیویی در تلفن هوشمند از نور برای نمایش تصاویر روی صفحه و از صدا برای شنیدن صدای طرف مقابل استفاده میکند. این ترکیب نور و صدا، ارتباط را سرگرمکننده و واضح میکند.
اگرچه نور و صدا شباهتهایی دارند، اما تفاوتهای کلیدی بین آنها وجود دارد. یکی از تفاوتهای مهم، سرعت است. نور بسیار سریع حرکت میکند. در واقع، نور سریعتر از هر چیز دیگری در جهان حرکت میکند. از سوی دیگر، صدا کندتر حرکت میکند و برای حرکت به واسطهای مانند هوا یا آب نیاز دارد.
تفاوت دیگر این است که نور میتواند از خلاء فضا عبور کند. این بدان معناست که حتی وقتی هوایی وجود ندارد، نور ستارگان و خورشید همچنان میتواند به ما برسد. صدا نمیتواند در خلاء حرکت کند زیرا هیچ مادهای برای حمل ارتعاشات وجود ندارد. به همین دلیل است که در فیلمهای فضایی، با وجود اتفاقات زیاد، هیچ صدایی نمیشنوید.
حواس ما نیز با نور و صدا به روشهای مختلفی رفتار میکنند. ما نور را با چشمان خود میبینیم و رنگها و شکلها را درک میکنیم. صدا با گوشهای ما شنیده میشود و به ما در درک کلمات، موسیقی و سایر صداها کمک میکند. وقتی به رنگینکمان نگاه میکنید، رنگهای زیادی را میبینید که توسط نور ایجاد شدهاند. وقتی به یک آهنگ گوش میدهید، صداهای مختلفی را میشنوید که با هم ترکیب میشوند تا موسیقی را ایجاد کنند. این تجربیات مختلف نشان میدهد که اگرچه نور و صدا هر دو مفید هستند، اما به روشهای مختلفی به ما کمک میکنند.
استفاده از نور در ارتباطات بخش عمدهای از فناوری مدرن است. یک مثال رایج، استفاده از کابلهای فیبر نوری است. این کابلها سیگنالهای نوری را که دادههایی مانند مکالمات تلفنی، دسترسی به اینترنت و برنامههای تلویزیونی را با سرعت بسیار زیاد در فواصل طولانی حمل میکنند، حمل میکنند. از آنجا که نور میتواند بدون از دست دادن قدرت، مسافتهای طولانی را طی کند، مردم در سراسر جهان میتوانند به هم متصل شوند.
مثال دیگر در کنترل از راه دور است که از نور مادون قرمز برای کار استفاده میکند. وقتی دکمهای را روی کنترل از راه دور خود فشار میدهید، سیگنالی از جنس نور به تلویزیون شما ارسال میشود. سپس تلویزیون کانال یا میزان صدا را بر اساس سیگنال تغییر میدهد. این یک روش ساده و سرگرمکننده برای دیدن چگونگی استفاده از نور برای دادن دستور به ماشینها است.
برخی از ساختمانها و اماکن عمومی در مواقع اضطراری از سیگنالهای نوری استفاده میکنند. برای مثال، اگر وضعیت اضطراری پیش بیاید، ممکن است از چراغهای چشمکزن برای هشدار به مردم برای تخلیه محل استفاده شود. در فرودگاهها و ایستگاههای قطار، علائم و سیگنالهای رنگی مختلف به مسافران کمک میکنند تا با خیال راحت راهنمایی شوند. همه این مثالها نشان میدهند که نور فقط برای دیدن نیست؛ بلکه ابزاری قدرتمند برای برقراری ارتباط نیز هست.
صدا در زندگی روزمره ما نیز بسیار مفید است. یکی از رایجترین کاربردهای ارتباط صوتی در تلفنها است. وقتی با تلفن صحبت میکنید، صدای شما به امواج صوتی تبدیل میشود که با استفاده از سیم یا سیگنالهای رادیویی به شخص دیگر میرسند. این توانایی ارسال صدا در فواصل طولانی، مردم را در سراسر جهان به هم متصل کرده است.
یکی دیگر از کاربردهای عملی صدا در سیستمهای هشدار است. بسیاری از خانهها و مدارس دارای دزدگیرهایی هستند که از صداهای بلند برای هشدار دادن در مورد خطر استفاده میکنند. به عنوان مثال، دزدگیرهای آتش نشانی از صداهای گوشخراش استفاده میکنند تا به همه کمک کنند در صورت وجود خطر، به سرعت ساختمان را ترک کنند. دزدگیرهای ماشین نیز از صدا برای هشدار دادن به افراد در صورت تلاش برای ورود غیرقانونی به وسیله نقلیه استفاده میکنند.
رویدادهای ورزشی و کنسرتها نیز از صدا به خوبی استفاده میکنند. بلندگوهای بزرگ، موسیقی و اطلاعیهها را در میان جمعیت زیادی پخش میکنند تا همه بتوانند بشنوند. حتی در مکانهای کوچک مانند کلاسهای درس، معلمان از صدای خود و گاهی اوقات زنگ برای حفظ تمرکز همه استفاده میکنند. این مثالها نشان میدهند که ارتباط صوتی برای ایمنی، سرگرمی و یادگیری حیاتی است.
ما هر روز نور و صدا را در اطراف خود میبینیم و از آنها استفاده میکنیم. وقتی صبح از خواب بیدار میشوید، ممکن است نور طلوع خورشید را ببینید. این نور طبیعی به شما میگوید که وقت شروع روز است. بعداً، وقتی به مدرسه میروید، زنگ مدرسه به صدا در میآید تا به شما بگوید چه زمانی در صف بایستید یا به کلاس بروید.
در خانه، ممکن است تلویزیون تماشا کنید که در آن تصاویر و صداهای روشن از برنامه مورد علاقهتان شما را سرگرم میکند. در بسیاری از رستورانها و فروشگاهها، چراغهای کوچک ممکن است چشمک بزنند تا نشان دهند کدام پیشخوان باز است یا به عنوان خوشامدگویی دوستانه عمل کنند. برخی از اسباببازیها حتی از ترکیبی از چراغهای چشمکزن و صداها برای جلب توجه شما هنگام بازی استفاده میکنند.
در بیرون، چراغهای راهنمایی و بیلبوردهای دیجیتال از نورهای روشن برای ارسال پیام به رانندگان استفاده میکنند. صدای بوق ماشینها و آژیرها به مردم هشدار میدهد که در جادههای شلوغ احتیاط لازم است. حتی طبیعت نیز از صدا و نور استفاده میکند. پرندگان برای نشان دادن شروع یک روز جدید، چهچهه میزنند و آواز میخوانند و درخشش ملایم کرمهای شبتاب در عصر به ما میگوید که شب در حال فرا رسیدن است. همه این مثالها به ما کمک میکنند تا درک کنیم که هم نور و هم صدا بخشهای مهمی از نحوه زندگی ما هستند.
تصور کنید که کنار یک برکه آرام هستید. وقتی سنگی را در آب میاندازید، موجهایی را میبینید که پخش میشوند. این موجها مانند امواج صوتی هستند. حالا، یک چراغ قوه را در نظر بگیرید. وقتی آن را به سرعت روشن و خاموش میکنید، جرقههای نور کمی شبیه سیگنالها هستند. اگرچه این دو با هم متفاوت هستند، اما هم موجها و هم جرقهها میتوانند پیام ارسال کنند. امواج صوتی میتوانند به کسی بگویند "من اینجا هستم!" و جرقههای نور میتوانند بگویند "به من نگاه کن!"
راه دیگر برای درک این موضوع، در نظر گرفتن یک طبل و یک فانوس دریایی است. وقتی به طبل ضربه میزنید، صدایی ایجاد میشود که به همه افراد نزدیک میرسد. از سوی دیگر، یک فانوس دریایی، پرتوهای نور را برای هدایت ایمن کشتیها در شب ارسال میکند. هم طبل و هم فانوس دریایی ابزارهایی برای ارتباط هستند، یکی از صدا و دیگری از نور استفاده میکند. این مقایسهها نشان میدهد که حتی اشیاء ساده در دنیای ما میتوانند در مورد فیزیک نور و صدا به ما بیاموزند.
فناوری مدرن، استفاده از نور و صدا را برای برقراری ارتباط آسان کرده است. رایانهها در دستگاههایی مانند اسکنرها و دوربینها از سیگنالهای نوری استفاده میکنند. وقتی با دوربین دیجیتال عکس میگیرید، تصویر با استفاده از نور ثبت میشود. به طور مشابه، بلندگوهای تلویزیونها و رایانهها صدایی تولید میکنند که به داستانها و موسیقی جان میبخشد. ترکیب این فناوریها، یک تجربه ارتباطی غنی ایجاد میکند که در آن میتوانید همزمان تصاویر را ببینید و صداها را بشنوید.
گوشیهای هوشمند نمونهی عالی دیگری هستند. آنها صفحههایی دارند که از نور برای نمایش تصاویر پر جنب و جوش و بلندگوهایی دارند که از صدا برای پخش موسیقی و تماس استفاده میکنند. در یک تماس ویدیویی، چهرهی شما به دلیل نور روی صفحه نمایش ظاهر میشود و شما میتوانید صدای دوستتان را به دلیل صدا بشنوید. این ترکیب نور و صدا، ارتباطات مدرن را هیجانانگیز، سرگرمکننده و بسیار مفید در ارتباط افراد صرف نظر از فاصله میکند.
هم نور و هم صدا به صورت موج حرکت میکنند. موج مانند یک الگوی متحرک است. در مورد نور، امواج خیلی سریع حرکت میکنند و رنگها و تصاویر را حمل میکنند. در مورد صدا، امواج کندتر حرکت میکنند و لحنها و کلمات را حمل میکنند. میتوانید موج را مانند ردیفی از دومینوهای در حال سقوط در نظر بگیرید که در آن یک دومینو، دومینوی بعدی را میاندازد. موج عملی است که از یک دومینو به دومینوی بعدی حرکت میکند. این ایده ساده به ما کمک میکند تا درک کنیم که ارتباط مانند یک واکنش زنجیرهای است که در آن یک عمل کوچک منجر به یک اثر بزرگ میشود.
اگرچه امواج متفاوت به نظر میرسند، اما از انرژی ساخته شدهاند. انرژی به اشکال مختلفی وجود دارد و در این درس، آن را در نوری که به ما کمک میکند ببینیم و صدایی که به ما کمک میکند بشنویم، میبینیم. در آینده، ممکن است اطلاعات بیشتری در مورد امواج کسب کنید، اما فعلاً به یاد داشته باشید که امواج برای کارکرد دنیای اطراف ما مهم هستند.
بسیاری از دستگاهها از نور و صدا برای اطمینان از دریافت پیام استفاده میکنند. به عنوان مثال، وقتی یک پیامک روی تلفن همراه دریافت میکنید، ممکن است چشمک زدن یک چراغ کوچک را ببینید و صدای زنگ دوستانهای را بشنوید. این استفاده از هر دو حس به شما کمک میکند تا به سرعت متوجه تماس شوید. در مواقع اضطراری، ترکیبی از چراغهای چشمکزن و آژیر میتواند به طور همزمان بسیاری از افراد را هشدار دهد و آنها را به سمت ایمنی هدایت کند.
در تئاترها و سالنهای کنسرت، جلوههای ویژه مانند چراغهای چشمکزن و سیستمهای صوتی پرقدرت با هم کار میکنند تا یک تجربه هیجانانگیز برای مخاطبان ایجاد کنند. چراغها اجرا را بصریتر میکنند، در حالی که صدا اتاق را پر از انرژی میکند. این کار تیمی نور و صدا تأثیر زیادی بر بینندگان میگذارد و این تجربه را به یاد ماندنی و لذتبخش میکند.
در اینجا چند واقعیت جالب وجود دارد که نشان میدهد نور و صدا چقدر میتوانند جذاب باشند:
به طور خلاصه، ایدههای اصلی درس ما عبارتند از:
این درس نشان میدهد که هم نور و هم صدا نقشهای مهمی در دنیای ما دارند. آنها به ما کمک میکنند تا با یکدیگر ارتباط برقرار کنیم، ما را ایمن نگه دارند و زندگی ما را جالبتر کنند. درک نحوهی کار آنها به ما بینشی در مورد ابزارها و فناوریهای روزمرهای که اغلب آنها را بدیهی میدانیم، میدهد.
به یاد داشته باشید، نور به ما کمک میکند دنیا را ببینیم و صدا به ما کمک میکند افکار و احساسات خود را به اشتراک بگذاریم. وقتی در مورد این اشکال شگفتانگیز انرژی یاد میگیریم، میبینیم که چگونه علم زندگی ما را بهتر و مرتبطتر میکند.
با بررسی راههای انتقال و تعامل نور و صدا، کمکم متوجه میشویم که چگونه پیامها هر روز در اطراف ما ارسال میشوند. چه صدای ملایم یک زنگ باشد و چه نور سریعی روی یک کنترل از راه دور، هر نوع ارتباطی بر اساس ایدههای شگفتانگیز فیزیک ساخته شده است. یادگیری در مورد این مباحث میتواند ما را به قدردانی از شگفتیهای کوچک زندگی روزمرهمان وادار کند و ما را الهام بخشد تا درباره دنیای اطرافمان بیشتر کشف کنیم.