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.

اظهر المزيد

مقالات ذات صلة

زر الذهاب إلى الأعلى
Loading cart ⌛️ ...
إغلاق