الفيزياء

كيفية إصدار الموجات الصوتية في المزامير المفتوحة

2011 تجارب علمية الصوت والسمع

كريس و ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

الموجات الصوتية المزامير المفتوحة الفيزياء

تعتمد إحدى الطرق المستخدمة في إصدار نغمات موسيقية على اهتزاز الهواء بطريقة معينة داخل أنبوبة مفتوحة.

إن فهم الطريقة التي تقوم فيها هذه الأنابيب بإصدار النغمات الموسيقية ستوضح لنا كيفية عمل آلات موسيقية أخرى كالناي والبوق.

رأينا في النشاط الرابع (الصفحات 48-58) كيف يقوم أنبوب مفتوح من أحد طرفيه بإصدار الأصوات عندما تنشأ موجات موقوفة في داخله.

 

ويمكن للأنابيب المفتوحة من الطرفين أيضاً أن تصدر النغمات الموسيقية.

والحقيقة هي أن معظم آلات النفخ الأنبوبية، كالأبواق والسكسافونات وآلات النفخ الخشبية والمصفار (آلة موسيقية بدائية)، تعمل بهذه الطريقة.

عندما يكون الأنبوب مغلقاً من أحد طرفيه ومفتوحاً من طرفه الآخر تنشأ الموجة الموقوفة التي تتكون في داخله عقدة (نقطة ذات اهتزاز في حده الأدنى) في الطرف المغلق لأن الهواء لا يستطيع الحركة في ذلك المكان.

 

كما يتكون في الطرف الآخر قمة الموجة (نقطة يكون فيها الاهتزاز في أقصى درجاته)، حيث يستطيع الهواء أن يتحرك بحرية.

لكن الأنبوب المفتوح من الطرفين ينتج شكلاً مختلفاً من الموجات الموقوفة، حيث يستطيع الهواء في كلا الطرفين أن يهتز دون قيود، لذلك تنشأ قمة موجة في طرفي الأنبوب، وهذا يعني أن عقدة الصوت تقع في وسط الأنبوب.

فبينما ينشأ عن الأنبوب المفتوح من طرف واحد فقط موجة موقوفة طولها ربع طول موجي، ينشأ في الأنبوب المفتوح من الطرفين موجة موقوفة طولها نصف طول موجي.

 

الاهتزازات داخل المزامير

بينما تصدر الأصوات في الآلات الوترية عن طريق استخدام الأوتار المهتزة، تصدر آلات النفخ الأنبوبية الأصوات من خلال اهتزاز عمود الهواء داخل أجسامها المجوفة.

ويتوقف حصول هذه الأصوات على نوع الآلات المستخدمة، فآلات النفخ الموسيقية مثل الشبّابة أو المزمار تحتوي على قصبة رقيقة مربوطة بالجزء الذي يوضع على الفم أو بين الشفتين.

 

وعندما تنفخ في المزمار تهتز القصبة فتحرك الهواء وتنشئ موجات موقوفة داخل جسم هذه الآلة الطويل والرقيق أما أجهزة النفخ الأخرى كالأبواق فلا تحتوي على قصبة.

فبدلاً من استخدام القصبة يقوم عازف البوق بجعل شفتيه تهتزان عبر جزء من البوق الذي يوضع على الفم أو بين الشفتين، وتنشأ عن هذا الاهتزاز موجة موقوفة وأنغام موسيقية.

 

نقرات مختلفة ونغمات متغيرة

كما لاحظنا في النشاط السادس تتبدل النغمة التي تصدرها الآلات الوترية إما تِبعاً لطول أو قصر الأوتار المستخدمة أو تبعاً لتحريك الأصابع على هذه الأوتار.

وتعتمد النغمات بالنسبة لآلات النفخ الأنبوبية على طول عمود الهواء الذي يتكون داخل الآلة، فآلات النفخ الطويلة كالمزمار تصدر نغمات أقل حدة من الآلات القصيرة مثل آلات النفخ الخشبية والناي.

 

إن غالبية الآلات تعتمد على طريقة تغيير طول عمود الهواء من أجل إصدار نغمات مختلفة، ففي آلة النفخ النحاسية المعروفة بـ "الترمبون" ينزلق أنبوب الصوت نحو الداخل والخارج، ما يغيّر من طول عمود الهواء فيصدر نغمات موسيقية عالية ومنخفضة.

وفي "السكسافون" يتحكم العازف بمفاتيح على جانبي الآلة بفتحها أو إغلاقها لتغيير طول عمود الهواء، أما بالنسبة للعزف على أدوات النفخ الخشبية فيستعمل العازف أصابعه بدلاً من المفاتيح لفتح وإغلاق الفتحات.

 

التردد والطول الموجي في آلات النفخ الأنبوبية

لعلك لاحظت من قبل أن درجة الصوت أو تردده ترتبط بطوله الموجي.

تأمّل في إحدى أدوات النفخ الموسيقية القصيرة، مثل الناي، حيث ترتبط الموجة الموقوفة التي تصدرها تلك الأدوات بطول الأداة نفسها، لذلك نجد أن الناي القصير يصدر طولاً موجياً قصيراً، ما يجعل صوته يتميز بدرجة عالية.

أما في الأدوات الأكثر طولاً، مثل "الباسون" (مزمار طويل)، فإن الموجات الموقوفة تكون ذات طول موجي طويل وتصدر أصواتاً منخفضة الدرجة.

 

تصدر الموجات القصيرة أنغاماً عالية الدرجة، بينما تصدر الموجات الطويلة أنغاماً منخفضة الدرجة، ولهذا السبب يمكن القول إن التردد أو شدة الصوت وطول الموجة "يتعاكسان".

فكلما ارتفع التردد انخفض طول الموجة وبالعكس، وإذا ضربنا تردد الموجة الصوتية بطولها الموجي نحصل على السرعة التي تنتقل فيها الموجة.

 

الآلآت الموسيقية القصبية

تميز آلات النفخ، مثل المزمار، بأنها مفتوحة من الطرفين.

ويقوم عازف المزمار بالنفخ داخل هذه الآلة فيدفع الهواء عبر القصبة التي تهز الهواء (داخل القصبة)، ما يؤدي إلى نشوء موجة موقوفة. وفي النهايتين المفتوحتين من المزمار توجد نقاط تسمى قمة الموجة، حيث يكون اهتزاز الهواء فيها في حده الأقصى.

أما في الوسط فتوجد العقدة التي لا ينشأ فيها أي اهتزاز،ويؤدي ذلك إلى تكوّن نصف موجة موقوفة داخل المزمار.

التقدم العلمي
‫‪اللقاحات القابلة للأكل..
اللقاحات القابلة للأكل تعد بديلا مناسبا للحصول على لقاحات آمنة وفعالة، وهي لقاحات تحتوي على مولد ضد صالح للتناول دول عدة تراهن على الطحالب الدقيقة المعدلة وراثيًا لتطوير لقاح لمرض كوفيد-19 صالح للأكل مستخدمة الهندسة الوراثية د. طارق قابيل أستاذ في كلية العلوم - جامعة القاهرة مصر
     منذ استشراء جائحة فيروس كورونا المستجد المسبب لجائحة كوفيد-19، هرعت كثير من المؤسسات الطبية وحكومات بعض الدول إلى تكثيف البحوث ودعم الدراسات الهادفة ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪إنشاء مستشفيات جديدة في ووهان
ع إبلاغ المستشفيات القائمة عن نقص في الأسرّة بسبب زيادة الطلب الناجم عن انتشار فيروس كورونا السريع، قررت الصين في 24 يناير البدء ببناء مستشفيات جديدة. بعد أقل من أسبوعين، فتحت أبواب المرافق الطبية الجديدة لاستقبال أول المرضى.
أنشئ مستشفيان جديدان في ووهان، عاصمة مقاطعة هوبي، في الأسبوع الأول من شهر فبراير. واستغرق الأمر أقل من أسبوعين للانتقال من وضع حجر الأساس في الموقع إلى البدء باستقبال أول المرضى. والمستشفيان الجديدان - مستشفى ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪لماذا تُسبب السمنةُ تفاقمَ مرض كوفيد-19؟
غطية مجلة ساينس Science لأخبار كوفيد-19 يدعمها مركز بوليتزر ومؤسسة هيسينغ-سيمونز Pulitzer Center.
بقلم:     ميريديث وادمان
ترجمة:  مي بورسلي
 
في ربيع هذا العام، بعد أيام من ظهور أعراض تشبه أعراض الإنفلونزا والحمى، وصل رجل إلى غرفة الطوارئ في المركز الطبي بجامعة فيرمونت Vermont Medical Center. كان شابا، في أواخر الثلاثينات من عمره، وكان يعشق زوجته وأطفاله الصغار. وكان يتمتع بصحة جيدة، وقد كرّس ساعات لا نهاية لها في إدارة ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪الفيروس التاجي يثير التخمينات حول موسم الإنفلونزا
قلم:    كيلي سيرفيك
ترجمة: مي بورسلي
تغطية مجلة ساينس Science لأخبار كوفيد-19 يدعمها مركز بوليتزر  Pulitzer Center ومؤسسة هايسنغ-سيمونز  Heising-Simons Foundation.
في شهر مارس 2020، بينما كان نصف الكرة الجنوبي يستعد لموسم الإنفلونزا الشتوي أثناء محاربة مرض كوفيد-19 COVID-19، وضعت شيريل كوهين Cheryl Cohen -عالمة الأوبئة، وزملاؤها في المعهد الوطني للأمراض المعدية National Institute for Communicable Diseases بجنوب إفريقيا اختصار: ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪كيف تقاوم العدوى باستعادة شباب جهازك المناعي
قلم:    غرايام لاوتون
ترجمة: محمد الرفاعي
اغسل يديك بعنايةٍ لعشرين ثانية، غطّ عطستك بمرفقك، تجنب ملامسة وجهك، ابقَ على مسافة مترٍ عن الآخرين، وكملجأ أخير ٍ، اعزل نفسك بعيداً عن الجميع لمدة أسبوعٍ مع ما تحتاج إليه من أغراض. وإذا أردت أن تتجنب فيروس كورونا المستجد، فكل هذه أفكارٌ جيدةٌ. لكن، في نهاية المطاف، خطُ الدفاع الذي يقف بينك وبين الإصابة بكوفيد 19 Covid-19 هو جهازك المناعي.
نعلم أن الجهاز المناعي يَضْعُفُ عندما نتقدم في ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪لقاح أكسفورد آمن ويحفز على الاستجابة المناعية
قلم:    كلير ويلسون، جيسيكا هامزيلو، آدم فوغان، كونارد كويلتي-هاربر، ليلى ليفربول
ترجمة: مي منصور بورسلي
آخر أخبار فيروس كورونا حتى 20 يوليو 2020 الساعة 5 مساء
 
لقاح أكسفورد المرشح للتطعيم ضد الفيروس التاجي يبدو آمنًا ويحفز على الاستجابة المناعية
اللقاح ضد الفيروس التاجي Coronavirus الذي طورته جامعة أكسفورد University of Oxford بالتعاون مع شركة الأدوية آسترازينيكا AstraZeneca آمنٌ وينشط الاستجابة المناعية لدى الأشخاص، ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪هل يوشك نجم منكب الجوزاء على الانفجار؟
يمس لويد James Lloyd كاتب في بي بي سي ساينس فوكس BBC Science Focus.
ثمة شيء غريب يدور في كوكبة الجبار Orion constellation. ففي أكتوبر 2019 بدأ سطوع نجم منكب الجوزاء Betelgeuse الأحمر الذي يُعد كتف الجبار الأيمن أو الأيسر عندما ننظر إليه يخفت بشكل غير اعتيادي. وخلال يناير وفبراير 2020، وصل إلى مستوى قياسي منخفض؛ نحو %40 من سطوعه المعتاد. نحن نعلم أن منكب الجوزاء نجم ناضج، وأنه سينفجر ذات يوم ليشكل سوبرنوفا مستعر أعظم Supernova. لكن خفوته ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪"فَمُ الحُوتِ" ...كوكب ما زال يفاجئ العلماء
في عام 2008 أعلن فلكيون اكتشاف كوكب خارجي سمّي فم الحوت ب بعد أن توقّع بعضهم وجوده قبل ذلك بثلاث سنوات البحوث العلمية المستمرة حول ذلك الكوكب أظهرت في أواخر أبريل من عام 2020 أنه لا وجود لهذا الكوكب! الاكتشاف الفعلي لكواكب خارجية جرى في تسعينات القرن العشرين حين استخدم الفلكيون أجهزة رصد متطورة وأقمارا اصطناعية وتقنيات حديثة د. أبو بكر خالد سعد الله أكاديمي وباحث، المدرسة العليا للأساتذة، القبة، الجزائر
في عام 2008 أعلن بعض ... (قراءة المقال)