الفيزياء

العوامل المؤثرة في عملية انتقال الصوت

2011 تجارب علمية الصوت والسمع

كريس و ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

العوامل المؤثرة في عملية انتقال الصوت عملية انتقال الصوت الصوت الفيزياء

ينتقل الصوت بسرعة أقل بكثير من سرعة انتقال الضوء.

وتمكن الإنسان من صنع طائرات تفوق سرعتها سرعة الصوت بست مرات ونصف. ويشار إلى تجاوز سرعة الصور بعبارة "اختراق حاجز الصوت".

إن الضوء والصوت عبارة عن موجات. وإذا سبق لك أن شاهدت صاعقة أو عاصفة رعدية عن بعد، ربما لاحظت وميض البرق يسبق دوي الرعد بثوان قليلة.

 

يحدث البرق والرعد في وقت واحد تقريباً، لكن الضوء ينتقل بسرعة تفوق سرعة الصوت ولهذا السبب يُبصر الإنسان البرق قبل سماع صوت الرعد.

ينتقل الضوء بسرعة تبلغ 186.000 ميلا بالثانية (300.000 كلم في الثانية)، أما سرعة الصوت في الهواء فتبلع حوالي 769 ميلاً في الساعة (1238 كم/ ساعة). تفوق سرعة أسرع طائرة نفاثة سرعة الصوت بما يزيد على ستة أضعاف ونصف سرعة الصوت.

وربما لاحظت أيضاً أنك تشاهد الطائرة النفاثة وهي تحلق من فوقك قبل أن تسمع صوت هديرها، وسبب ذلك هو أن الطائرة كانت تحلق بسرعة تفوق سرعة الصوت، أي إنها تترك الصوت الذي تحدثه خلفها.

 

تسمى سرعة الصوت أحياناً حاجز الصوت، وعندما تقوم طائرة "بخرق حاجز الصوت" حين تتجاوز سرعتها سرعة الصوت فإنها تحدث دوياً هائلاً يسمى دوي اختراق حاجز أو جدار الصوت. أما سبب هذا الصوت فهو اضطراب الضغط المحيط بالطائرة أو ما يسمى "الموجات الصدمية".

ولا ينتقل الصوت دائماً بالسرعة نفسها، إذ تعتمد سرعته في الهواء على درجة الحرارة والرطوبة الجوية. إن زيادة درجة فهرنهايت واحدة في درجة حرارة الجو تزيد من سرعة الصوت في الهواء ما يتجاوز 1 قدم (30 سم) في الثانية.

كما تزداد سرعة الصوت أيضاً أثناء ارتفاع رطوبة الهواء. ففي الأجواء الرطبة ينتقل الصوت بسرعة أكبر من سرعته في الأجواء الجافة.

 

ينتقل الصوت أيضاً بسرعات مختلفة تتوقف على اختلاف المواد التي ينتقل عبرها، وينتقل أكبر في الأجسام السائلة والصلبة بالمقارنة مع الغازات، كالهواء، أما سرعة الصوت في الماء فهي أسرع بحوالي أربع إلى خمس مرات من سرعته في الهواء.

وتزداد سرعة الصوت في الماء الدافئ أكثر من الماء البارد، كما ينتقل الصوت على نحوٍ أسرع في الأجسام الصلبة، ففي بعض المعادن كالنحاس تتراوح سرعة الصوت بين 10 – 15 مرة أكثر من سرعته في الهواء. وتبلغ سرعة انتقال الصوت في الفولاذ حوالي 16.405 أقدام في الثانية (5.000 متر في الثانية).

ينتقل الصوت بسرعة أكبر مغطياً مسافات أبعد في الماء مقارنة بسرعته والمسافات التي يقطعها خلال الهواء، ولهذا السبب تستخدم بعض الحيوانات البحرية، كالحيتان، الصوت كأداة للتواصل فيما بينها.

 

وللسبب ذاته يستخدم علماء المحيطات (العلماء المتخصصون في دراسة البحار والمحيطات) الصوت لإجراء قياساتهم تحت الماء.

ومن خلال استخدام الصوت أصبح بالإمكان الحصول على حقائق مختلفة حول المحيطات، إذ تستطيع السفن المبحرة على سطح الماء أن تسبر أعماق البحار عن طريق استخدام جهاز يطلق عليه " المسبار الصدوي"، الذي يقوم بإرسال نبضات صوتية نحو قاع البحر ويدرس الوقت الذي يستغرقه الصوت المرتد من قاع البحر إلى الجهاز.

 

ولأن هذا الجهاز يعرف سرعة الصوت في الماء فهو بالتالي يستطيع حساب عمق البحر أو المحيط بضرب سرعة الصوت بالزمن الذي استغرقه الصدى لقطع المسافة نحو السطح.

كما يستخدم علماء المحيطات الصوت لقياس طبيعة الصخور والمواد الأخرى في قاع المحيطات ومتابعة تكسر الأمواج على السطح، بل وقياس درجة حرارة المحيطات أيضاً.

 

اختراق حاجز الصوت

تخضع الطائرة التي تطير بسرعة أقل من سرعة الصوت (1) لموجات ضغط في المقدمة والخلف.

وعندما تصل الطائرة سرعة الضوء 1 "ماك" 0 (2) تلحق بموجة الضغط التي تولدها. يتكدس الهواء ليكوّن موجة صدمية.

وفي هذه المرحلة تهتز الطائرة بشكل عنيف، ثم تنتشر الموجات الصدمية بعيداً عن الطائرة وتحدث دوياً صوتياً عند وصولها الأرض (3).

بعد أن تتجاوز سرعة الطائرة 1 ماك (4) يصبح طيرانها انسيابياً لأن الأمواج تكون خلف الطائرة، أي إن الطائرة تسير بسرعة تتجاوز الموجة الضغطية التي أحدثتها.

مجلة العلوم
‫‪عناقيد الحالات: لغز رئيسي من ألغاز جائحة كورونا
قلم:      كاي كوبفرشميدت
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
تغطية مجلة ساينس Science لكوفيد-19 بدعم من مركز بوليتزر Pulitzer Centre
في 10 مارس، عندما التقى 61 شخصًا للتدريب على التراتيل بكنيسة  في ماونت فيرنون بواشنطن، بدا كل شيء طبيعيًا. ولمدة ساعتين ونصف الساعة أنشد المنشدون، وتناولوا الكعك والبرتقال، وأنشدوا مرة أخرى. ولكن أحدهم كان يعاني منذ ثلاثة أيام ما يبدو كأنه زكام، والذي تبين فيما بعد أنه كوفيد-19 COVID-19. وفي 12 مايو نشرت ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪هل أنت سجين "غرف الصّدى"؟
. عمّار العاني باحث في المعلوماتية وتأثير وسائل التواصل الاجتماعي، سورية
في الوقت الذي تظهر فيه معظم الأبحاث العلمية أن ظاهرة الاحترار العالمي والتغير المناخي حقيقة مؤكدة، فإن نحو 15% من الجمهور لا يصدق هذه النظرية ويعتبرها خدعة من قبل الحكومات. وتظهر الإحصاءات أن نحو 5% من الأهالي يمتنعون عن تقديم اللقاحات الأساسية لأطفالهم إيماناً منهم بأخطارها، على الرغم من التوافق شبه الكامل في الأوساط الطبية على أن هذه المخاوف لا أساس لها.
   ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪"سرعة خاطفة": جهود أمريكية لإنتاج اللقاح تخرجإلى العلن
قلم:       جون كوهين
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
الحكمة المتعارف عليها هي أن إنتاج لقاح لكوفيد-COVID-19 19 لن يكون ممكنا قبل سنة على الأقل من الآن، ولكن جهود الجهات التنظيمية في حكومة الولايات المتحدة، والتي تعرف بعملية السرعة الخاطفة  Operation Warp Speed أو أسرع من الضوء، لا تنطبق عليها هذه الحكمة التقليدية. وهذا المشروع،  المبهم حتى الآن، والذي من المرجح أن يُعلِن عنه البيت الأبيض رسميًا في الأيام القادمة، سيختار مجموعة متباينة ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪الإشكاليات الطبية لمرض كوفيد 19
. جمال المطر اختصاصي في أمراض الأذن والأنف والحنجرة، الكويت
تعد الكائنات الحية الدقيقة والفيروسات من العوامل الممرضة الشائعة للإنسان، ويتميز بعضها عن بعض بعدد من الخصائص والسمات. فبعض الفيروسات يصيب النباتات وبعضها يصيب الحيوانات، وهناك أنواع تصيب الإنسان مسببة له أمراضاً متنوعة مثل متلازمة عوز نقص المناعة المكتسبة الإيدز، والتهاب الكبد الفيروسي، والحصبة. ويشهد العالم حاليا أول جائحة يسببها فيروس كورونا الذي ينتمي إلى فصيلة فيروسات واسعة ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪أصبح العدو القديم حليفًا .. استخدام الفيروسات في علاج السرطان
. خالد صنبر، د. معتصم البارودي، د. نبيل أحمد باحثون في مجال الأمراض والفيروسات بكلية الطب في هيوستن، الولايات المتحدة
على الرغم من كونها أكثر الكائنات بساطًة فإن الفيروسات أتقنت عملية التطور بصورة مذهلة؛ فقد أتاح استغلال تلك المخلوقات الدقيقة لمخلوقات أكثر تعقيدًا، لحاجتها إلى التكوينات الخلوية، قدرة كبيرة لها على اجتياز العقبات التطورية. ففي جينومنا الخاص، اتخذت الفيروسات مخبئًا لإحدى أكثر الرحلات نجاحًا عبر الزمن، إذ يعتقد أن نحو %10 من ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪قصة الفيروسات .. 3 رواد أسهموا في اكتشافاتها المذهلة
. إسلام حسين باحث في مجال الفيروسات في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، الوريات المتحدة
يعتبر أواخر القرن التاسع عشر العصر الذهبي لعلم الميكروبيولوجيا علم الأحياء المجهرية، إذ شهد اكتشافات كثيرة عن بعض أنواع المكروبات، وتحديدا البكتيريا والفطريات. وأدت هذه الاكتشافات إلى تكوين نظرية شمولية عن الميكروبات، تعرف بنظرية الجراثيم germ theory، التي بنيت على معلومات توفرت لدى العلماء في ذلك الوقت. افترضت هذه النظرية توفر بعض الخصائص في أي مسبب ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪عناقيد الحالات: لغز رئيسي من ألغاز جائحة كورونا
قلم:      كاي كوبفرشميدت
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
تغطية مجلة ساينس Science لكوفيد-19 بدعم من مركز بوليتزر Pulitzer Centre
في 10 مارس، عندما التقى 61 شخصًا للتدريب على التراتيل بكنيسة  في ماونت فيرنون بواشنطن، بدا كل شيء طبيعيًا. ولمدة ساعتين ونصف الساعة أنشد المنشدون، وتناولوا الكعك والبرتقال، وأنشدوا مرة أخرى. ولكن أحدهم كان يعاني منذ ثلاثة أيام ما يبدو كأنه زكام، والذي تبين فيما بعد أنه كوفيد-19 COVID-19. وفي 12 مايو نشرت ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪المادة السلبية.. أسرع من إيقاع الضوء والزمن
.أحمد مغربي طبيب ومترجم وكاتب متخصص بالموضوعات العلمية، لبنان
هل يمكن السفر بأسرع من الضوء؟ إذا كان إيقاع الزمن يسير بسرعة الضوء، وفق نظرية آينشتاين عن النسبية، ألا يكون التحرك بسرعة الضوء أو أكثر سفراً في الزمن أيضاً؟ أليس بموجب معادلة آينشتاين الشهيرة عن المادة والطاقة E=a.mc2 تتبدد المادة وتتحوّل إلى طاقة صرفة عندما تصل إلى التحرّك بسرعة الضوء، فكيف يمكن التنقل أسرع من الضوء من دون حدوث ذلك؟
 يألف عُشاق السينما أفلاماً عن آلة ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪جسور مدينة كونيجسبيرغ: لغز أثمر ولادة فرع رياضياتي جديد
أحمد محمد جواد الحكيم باحث وأكاديمي في علم الرياضيات
تتسم معظم الألغاز التي يتناقلها الناس عادة بالبساطة، وتسعى إلى تحقيق المتعة والتسلية والترفيه واختبار القدرات العقلية للفرد، من خلال التحدي والإثارة. لكن مع بساطة هذه الألغاز فقد استحوذ قسم منها على اهتمام بعض علماء الرياضيات، الذين احتاجوا من أجل حلها إلى نهج جديد من التفكير العقلي يعتمد كثيراً على الحدس وقوة التمثيل البياني لهذه الألغاز، بدلا من الطريقة الاستنتاجية المنطقية.
ومن ... (قراءة المقال)