الفيزياء

نشاط عملي يوّضح آلية انتقال الموجات الصوتية

2011 تجارب علمية الصوت والسمع

كريس و ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

آلية انتقال الموجات الصوتية الموجات الصوتية الفيزياء

الأهداف

1- صنع جهاز كاشف للصوت.

2- استخدام كاشف الصوت لفحص الموجات الصوتية المختلفة.

 

الأدوات التي تحتاجها:

– كرتون أبيض اللون

– قلم حبر وقلم رصاص

– مسطرة

– بالون

– علبة معدنية كبيرة مفتوحة من الطرفين

– طوق أو حلقة مطاطية

– مرآة صغيرة

– مصباح جيب

– شريط لاصق

 

خطوات العمل:

1- ارسم شبكة من المربعات على الكرتون الأبيض مستعيناً بالمسطرة، بحيث يبلغ طول كل ضلع بوصتين (5 سم). ينبغي أن تغطي شبكة المرعبات طبق الورق بأكمله.

2- قصّ البالون من طرفه العلوي بحيث يصبح لديك قطعة مطاطية كبيرة.

3- استخدم الشريط اللاصق بمنتهى العناية في لصق أي حواف حادة قد تكون بارزة من طرفي العلبة. شدّ قطعة البالون بحيث تغطي فتحة العلبة وثبتها في مكانها بواسطة حلقة مطاطية.

4- ثبّت المرآة على البالون بواسطة الشريط اللاصق.

5- اسند طبق الكرتون على كومة من الكتب بحيث يكون منتصباً بزاوية قائمة فوق الطاولة. ضع العلبة ومصباح الجيب فوق الطاولة وسلط ضوء المصباح على المرآة بحيث ينعكس الضوء على كبق الكرتون.

 

6- ضع علامة على المربع الذي يسقط عليه ضوء المصباح المنعكس من المرآة.

7- انظر إلى طبق الورق وارفع يديك على مسافة قدمين (60 سم) عن العلبة وصفق مرة واحدة. ما المسافة التي تحرك فيها الضوء؟ ضع علامة على المربع الذي انتقل إليه الضوء.

 

8- الآن صفق بيديك مرة أخرى ولكن م مسافة 6 بوصات (15 سم) عن العلبة، وضع علامة على المربع الذي تحرك نحوه الضوء.

9– قد بقياس المسافة بين العلامة الأصلية والعلامتين المحددتين عندما صفقت بيديك. قارن المسافة التي انتقل خلالها الضوء في كل مرة

 

بعد أن جربت التصفيق تستطيع الآن إعادة التجربة مرات عديدة وتغيير شدة نعومة الأصوات التي تقوم بإصدارها في كل مرة.

جرب، مثلاً، قرع طبل أو غطاء سلة مهملات (إلى اليسار) وقارن المسافة التي يقطعها الضوء في كل مرة.

يمكنك أيضاً أن تغني أو تتحدث أمام العلبة لترى أثر ذلك في المسافة التي يتحركها الضوء. جرّب العناء وفمك قريب من العلبة وبعيد عنها مرة ثانية.

 

بإمكانك وضع جدول بالنتائج التي حصلت عليها، مبيناً فيه مدى انتقال الضوء على المربعات في كل الأصوات التي أصدرتها. رتب الجدول بحيث تكون الأصوات الأقل شدة في أعلى الجدول، تليها الأصوات الأكثر شدة في الأسفل.

أو بإمكانك تسجيل النتائج على شكل رسم بياني بحيث يمثل الجدول العمودي عدد المربعات التي انتقل إليها الضوء، بينما يمثل العمود الأفقي الأصوات التي استُعملت في التجربة.

 

ستكتشف أن الأعمدة تكون أطول كلما كانت الأصوات المتهدمة في التجربة أكثر ارتفاعاً.

فالأصوات العالية جعل الضوء يتحرك مسافة أكبر من الأصوات الأكثر شدة وبعبارة أخرى، كانت الأصوات العالية تمتلك طاقة أكبر.

 

ما العمل إذا لم أشاهد الضوء يتحرك؟

حاول تحريك المصباح كي يكون ضوءه مسلطاً بشكل مباشر على المرآة، وحاول أيضاً تعتيم الغرفة بإطفاء الأنوار.

تستطيع أيضاً استعمال ورق غامق اللون وتشكل عليه الخطوط بواسطة شريط لاصق أبيض. أو ببساطة حاول إصدار أصوات أعلى.

 

الموجات على نابض "سلنكي"

رغم أنك لا تستطيع رؤية الموجات الصوتية في الهواء، إلا أنك تستطيع أن ترى الموجات المُسْتَعرضة (تتحرك نحو الأعلى والأسفل).

والأمواج الانضغاطية (تتحرك إلى الأمام والخلف) عن طريق استخدام لعبة الأطفال المعروفة بنابض "سلنكي" (وهو نابض رخو يستخدمه الأطفال من باب اللهو).

 

ابحث عن مكان مكشوف ممهد خارج المنزل – يمكنك مثلاً اختيار ملعب. الصق أحظ طرفي النابض بشريط لاصق عريض أو اطلب من أحد الأشخاص أن يمسك بأحد طرفي النابض.

امسك بالطرف الآخر من النابض وشده نحو الخارج بشكل مستقيم حرك يدك نحو الأعلى والأسفل مرة واحدة. سترى موجة مستعرضة قد تكونت على النابض.

 

لاحظ أن الموجة تتحرك وبزوايا قائمة حسب حركة يدك. وفي الخطوة التالية، حاول دفع النابض بحركة سريعة ومفاجئة بشكل طولي.

ستشاهد موجة انضغاطية (منطقة تتجمع فيها لفات النابض) تتحرك على طول النابض. حاول أن تضغط بشكل أقوى ثم أضعف وراقب التغيير الذي سيطرأ على الموجة الانضغاطية.

 

تحليل النشاط

عندما تحدث صوتاً بالقرب من العلبة، سواء عن طريق التصفيق أو النقر على غطاء سلة المهملات أو الغناء ، ينتقل الصوت من مصدر هذا الصوت على شكل موجة انضغاطية.

وتؤدي قوة الصوت إلى اصطدام جزيئات الهواء مع بعضها ونقل الطاقة أثناء تحركها. تنتشر هذه الموجة الصوتية من مصدر الصوت.

عندما تصل إحدى موجات الصوت إلى البالون يمتص الجسم المطاطي للبالون بعض الطاقة مما يؤدي إلى حركته وتمدده مسافة صغيرة.

 

وعندما يتمدد البالون تتحرك المرآة بسرعة ضئيلة يصعب ملاحظتها، ما يستدعي استخدام ضوء المصباح اليدوي لكي يصبح من الأسهل ملاحظة ما يجري.

وكلما كان الصوت الذي تحدثه أكثر ارتفاعاً أصبحت الطاقة الصوتية المتولدة اشد قوة، حيث تصدم جزيئات الهواء ببعضها بقوة أكبر، ما يودي إلى تحرير طاقة أكبر من ذي قبل.

 

وعندما تصل الموجات الصوتية إلى كاشف الصوت تصطدم الموجات الصوتية العالية بالغشاء المطاطي بقوة، ما يؤدي إلى زيادة تمدده. وينتج عن هذا أيضاً زيادة حركة المرآة بطريقة تدفع الضوء لمسافة أبعد على الشبكة.

يشبه كاشف الصوت طبلة الأذن، ففي داخل آذاننا توجد أغشية رقيقة جداً تصطدم بها موجات الصوت فتحركها، وتلتقط الأعصاب في مجرى السمع هذه الحركات ثم ترسلها إلى الدماغ، حيث يقوم بتفسير تلك الإشارات على أنها أصوات.

اظهر المزيد

مقالات ذات صلة

زر الذهاب إلى الأعلى
Loading cart ⌛️ ...
إغلاق
إغلاق