الفيزياء

نشاط عملي يوّضح كيفية انتقال الموجات الصوتية عبر”البالون”

2011 تجارب علمية الصوت والسمع

كريس و ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

الموجات الصوتية البالون الفيزياء

الأهداف

1- إبطاء الموجات الصوتية.

2- استكشاف كيفية انتقال الموجات الصوتية عبر الغازات المختلفة.

 

الأدوات التي تحتاجها:

– قارورة بلاستيكية ذات عنق ضيق

– قمع

– معلقة

– مقدار معلقتين كبيرتين من مسحوق خميرة الخَبْز (بيكينغ باودر – بيكربونات الصودا)

– خل

– بالون

– خيط وشريط لاصق

– صحن صغير

– جهاز راديو

 

خطوات العمل:

1– استخدم القمع لإضافة ملعقتي طعام من مسحوق خميرة الخَبْز (البيكنغ باودر) داخل القارورة البلاستيكية.

2– أضف كمية من الخل. ربما ترى فوراناً أو تسمع صوته بسبب التفاعل الكيميائي الذي ينتج غاز ثاني أكسيد الكربون.

3- ضع البالون بسرعة فوق عنق القارورة. ستلاحظ أن البالون أخذ ينتفخ بسبب دخول غاز ثاني أكسيد الكربون فيه.

4- عندما ينتفخ البالون بالكامل. أربط عنقه بإحكام أو أغلقه بواسطة الشريط اللاصق.

5– ثبت البالون بإحكام على الصحن بالشريط اللاصق كي لا يتحرك.

6- ضع جهاز الراديو على طاولة على بعد 1.5 قدم (45سم) من البالون ثم شغل الراديو. ارفع صوت الراديو، ثم ضع أذنك على الجانب الآخر من البالون وحرك رأسك حوله إلى أن تجد النقطة التي يكون الصوت عندها في حده الأعلى. أخفض صوت الراديو إلى الدرجة التي تكاد لا تسمع عندها الصوت. وإذا لم تتمكن من الوصول إلى مفتاح الصوت، اطلب من أحد أصدقائك أن يخفض الصوت أثناء استماعك

7– الآن أبعد البالون. هل أصبح صوت الراديو أعلى أم انخفض؟

 

يعود نجاح هذه التجربة إلى أن البالون مملوء بغاز مختلف عن الهواء المحيط به. وتستطيع التوجه إلى متجر ألعاب الأطفال وتشتري بالوناً مملوءاً بغازِ الهليوم، وهو عبارة عن غاز خفيف جداً.

إن البالونات المملوءة بهذا الغاز تطير في الهواء لأن الهليوم أخف وزناً من الهواء.

كرر التجربة باستخدام بالون الهليوم وقارن نتائجك. كما أن بإمكانك أيضاً أ، تقوم بتجارب المتابعة هذه من دون شراء بالون مملوء بغاز الهليوم.

 

متابعة (1)

كرر التجربة، ولكن بدلاً من استخدام بالون مملوء بغاز ثاني أكسيد الكربون استخدام بالوناً آخر قمت بنفخه بالهواء عن طريق منفاخ الدراجات الهوائية (الهواء من مضخة الهواء يكون أقل رطوبة من نَفَسِك فيما لو نفخته عن طريق الفم).

ستكتشف هذه المرة أن البالون أحدث اختلافاً بسيطاً في الصوت الصادر عم الرادية. ولأن البالون والهواء المحيط به متماثلان، لم يُحدث البالون أي اختلاف في الطريقة التي تنتقل خلالها الموجات الصوتية.

 

متابعة (2)

1- كرر التجربة الأصلية التي استخدمت فيها البالون المملوء بغاز ثاني أكسيد الكربون، ولكن حرك رأسك نحو الخلف والأمام إلى أن تكتشف نقطة يكون عندها صوت الرادية في أعلى درجاته.

2- قِسْ المسافة من الراديو إلى البالون ومن البالون إلى رأسك.

 

3– سجّل الأرقام التي ظهرت في الحالتين في الجدول، كما في الأعلى.

4- الآن حرك الراديو لمسافة أقرب إلى البالون وحرك رأسك نحو الخلف والأمام إلى أن تجد نقطة جديدة للصوت العالي.

 

5- قِسْ مرة أخرى المسافة من الراديو إلى البالون ومن البالون إلى رأسك.

6- حرك الراديو لمسافة أبعد عن البالون مما كانت عليه بالأصل، واكتشف مرة أخرى نقطة جديدة للصوت العالي.

 

7- قِسْ مرة أخرى المسافة من الراديو إلى البالون ومن البالون إلى رأسك.

8– كرر التجربة مرات عديدة حسب رغبتك، ثم دقق في نتائجك. كيف تتغير المسافة بين البالون ورأسك عندما تتغير المسافة بين الراديو والبالون؟

 

متابعة (3)

توجه إلى الخارج إلى أحد الأماكن المزدحمة ومعك بالون ثاني أكسيد الكربون، ثم ضعه على إحدى أذنيك.

لاحظ كيف تستطيع سماع الأصوات البعيدة بشكل أوضح لأن البالون يقوم بدور التلسكوب الصوتي، حيث يعمل على تركيز الأصوات البعيدة بحيث تصبح أعلى عند نقطة قريبة من البالون.

 

تحليل النشاط:

عندما كان البالون المملوء بالغاز بين أذنك والراديو، لعلك توقعت أن البالون سيحجب الموجات الصوتية، وربما توقعت أيضاً أ، الصوت سيكون أعلى إذا أبعدت البالون.

ولا بدّ أنك وجدت أنه من الأسهل أن تسمع صوت الراديو عندما كان البالون في مكانه من أن تبعده عن ذلك المكان.

ورغم أن الهواء يحتوي على نسبة ضئيلة من ثاني أكسيد الكربون، إلا أن النسبة الأعظم فيه تتكون من الأكسجين والنتروجين.

 

إن جزيئات (جسيمات صغيرة) ثاني أكسيد الكربون أثقل وزناً من جزيئات هذه الغازات الأخرى، وينتقل الصوت من خلال ثاني أكسيد الكربون نحو أبطأ من انتقاله عبر الهواء، لأن جزيئات ثاني أكسيد الكربون أثقل وزناً.

لذلك، فإن الموجات الصوتية التي تنتقل عبر البالون تسير بشكل أبطأ من الموجات المنتقلة عبر الهواء القريب من البالون.

 

وهذا ما يجعل الموجات الصوتية خارج البالون تنكسر نحو الداخل كما تنكسر أشعة الضوء نحو الداخل بواسطة العدسة المحدبة.

(العدسة المحدبة تكون أكثر سماكة في الوسط مقارنة بسماكتها في الأطراف). ويؤدي البالون دور العدسة الصوتية، حيث يقوم بتركيز الصوت وجعله يبدو أكثر ارتفاعاً.

 

لقد واجهت صعوبة في معرفة فيما إذا كان الصوت أعلى لو أبقيت البالون في مكانه أم أزحته بعيداً.

بإمكانك محاولة تغطية أذنك الثانية (الأذن الأبعد عن الراديو) أو حجب السمع عنها تماماً باستخدام سدادات الأذن.

إن الصوت الذي يصل إلى هذه الأذن ربما لم ينتقل عبر البالون (ولعله ارتد عن الجدران، مثلاً)، لذلك من المحتمل أن يكون ذلك قد غيّر من نتائج تجربتك.

 

الصوت تحت الماء

يستطيع الغواصون سماع تأثيرات الهليوم على الصوت لأنهم يتنفسون مزيجاً من الأكسجين والهليوم بدلاً من الهواء العادي، وهو في الغالب مزيج من الأكسجين والنتروجين.

ويساعدهم ذلك على تجنب التعرض لحالة مؤلمة تسمى آلام انخفاض الضغط الجوي عند خروجهم إلى السطح. لكن صوت الغواصين وهو يتحدثون في هذا الوضع يكون على شكل صرير مضحك.

مجلة العلوم
‫‪الهرمونات الجنسية  تفسر سبب إصابة الرجال أكثر بالفيروس
قلم:       ميريديث وادمان
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
في يناير ذكرت إحدى أولى النشرات العلمية عن المصابين بفيروس كورونا المستجد  Novel coronavirus في ووهان بالصين، أن ثلاثة من كل أربعة أدخلوا المستشفى كانوا ذكورًا. ومنذ ذلك الوقت أكدت بيانات من مختلف أنحاء العالم أن الرجال يواجهون خطرًا أكبر للإصابة بمرض شديد أو الوفاة، وأن الأطفال مستَثْنَوْن بشكل كبير. مؤخرًا، توصل العلماء الذين يبحثون في الكيفية التي يؤدي  الفيروس بها إلى الوفاة ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪دراسات كبيرة تذوي آمال عقار الهيدروكسي كلوروكوين
قلم:      كاي كوبفرشميدت
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
تغطية مجلة ساينس Science لأخبار كوفيد-19 يدعمها مركز بوليتزر Pulitzer Center.
عبر ضباب مزاعم الاستغلال، والأمل، والمبالغة في الدعاية، والتسييس الذي يكتنف الدواء هيدروكسي كلوروكوين Hydroxychloroquine، دواء لعلاج الملاريا Malaria الذي أعلن عنه كعلاج لمرض كوفيد-19 COVID-19، تبدأ حاليا الصورة العلمية بالتجلي.
الهيدروكسي كلوروكوين الذي أثنى عليه رؤساء كمعجزة شفائية محتملة ... (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)
‫‪مجرة درب التبانة و جيرانها
لسلام عليكم .. في كثير من حلقات البرنامج السابقة تكلمنا عن اهم عناصر المجموعة الشمسية التي نعيش فيها من كواكب و أقمار و كيوكبات و احزمة .. و انتهينا بشرح عن بلوتو و حدود المجموعة الشمسية .. ولكن هذه المجموعة تقع و تدور ضمن كيان و محيط اكبر .. و هي المجرة التي نعيش فيها و تحوي الملايين و الملايين من النجوم المشابهة لشمسنا و غيرها من الشموس و نطلق عليها درب التبانة .. في هذه الحلقة سنسافر في رحلة كونية بعيدة نتعرف فيها على بنية المجرة و مكوناتها ... (قراءة المقال)
أخبار العلوم
‫‪التعديل الوراثي التخلّقي يصل إلى الحمض النووي الريبي
قلم: كين غاربر، في شيكاغو بولاية إلينوي
ترجمة: صفاء كنج
انتقلت فكرة تأثير الواسمات الكيميائية في الجينات على تعبيرها الخارجي دون تغيير تسلسل الحمض النووي اختصاراً: الحمض DNA من كونها مسألة مفاجئة في الماضي إلى أن صارت مادة مقبولة تُدرس في الكتب.
ظاهرة التعديل الوراثي التخلقي Epigenetics، وصلت إلى الحمض النووي الريبي المرسال اختصاراً: الجزيء mRNA، وهو الجزيء الذي يحمل المعلومات الوراثية من الحمض النووي إلى مصانع تصنيع البروتين في ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪هل تنجح هيئة الخدمات الصحية في مشروع تتبع الاتصالات الذي تعده؟
جرّب الفرع الرقمي لهيئة الخدمات الصحية الوطنية اختصاراً: الفرع NHSX تطبيقا App سيخبرك ما إذا خالطت أي شخص ظهرت عليه أعراض كوفيد -19. ولكن ما هي التكلفة المترتبة على خصوصيتك جراء ذلك؟
إن أحد التحديات الكبيرة التي تطرحها مكافحة فيروس كوفيد-19 COVID-19 هو أنه معدٍ قبل ظهور أي أعراض على الأشخاص المصابين به. ويمكن أن يساعد تتبع الأشخاص الذين اختلطوا بالمصاب على الحد من انتشار الفيروس، من خلال معرفة عدد الأشخاص الذين ربما نقل إليهم المريض ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪من خارج هذا العالم
وب بانينو Rob Banino @robertbanino صحفي مستقل يعمل في بريستول
الحياة على المريخ أعالي البحار، الجزيرة الكبيرة، هاواي، الولايات المتحدة الأمريكية
بذلة الفضاء ليست أول ما يخطر في ذهن أي شخص يزور هاواي. هذا إلا إذا كان سيقضي ثمانية أشهر في موئل هاواي لاستكشاف الفضاء بالتناظر والمحاكاة Hawaii Space Exploration Analog and Simulation اختصاراً: الموئل HI-SEAS على بركان ماونا لوا. ويتيح الموئل HI-SEAS للباحثين دراسة كيفية تعامل الناس مع ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪الروبوتات المختصة بالخدمة
كزت الابتكارات على امتداد فترة طويلة على جعلنا أكثر ارتباطاً ببعضنا بعضاً. وها نحن في الوقت الحالي، صرنا أكثر ارتباطاً بأشيائنا. ولم تعد الأدوات المنزلية مجرد أدوات ذكية، بل صارت قابلة للتكيف ومتنقلة، وحتى أنّ البعض منها لديه ما يمكن أن تسمّيه بالشخصية.
لنأخذ، على سبيل المثال، بالي Ballie من شركة سامسونغ. إنه مفهوم جديد للمساعد الشخصي الشبيه بالكرة والذي كشفت عنه الشركة في المعرض CES. وتصف الشركة بالي بأنه مساعد يتلقى الطلبات عبر الصوت ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪المكملات الغذائية... ضرورة صحية أم ترف عصري
. أمجد قاسم
يحرص كثير من الناس على تناول مجموعة من المكملات الغذائية التي تعرف باسم المضافات التغذوية Nutritive Additives مع وجباتهم الغذائية، من أجل التمتع بصحة جيدة والعيش طويلاً، وتحصين أجسادهم قبل مواجهة الأمراض المختلفة. وتسوق كثير من الشركات العالمية لفوائد هذه المكملات في حملات دعائية، فتحيطها بهالة سحرية وتكسبها بعض الصفات المبالغ فيها في كثير من الأحيان. فأين تكمن الحقيقة؟ وهل تناول المكملات الغذائية على اختلاف أنواعها أمر صحي ... (قراءة المقال)
كيف تعمل الآشياء
‫‪كيف تعمل التكنولوجيا
المؤلف: DK ■ الناشر: DK ■ السعر: 16.99 جنيه إسترليني نحو 22 دولاراً ■ تاريخ الإصدار: صدر فعليّاً
لأنه موضوع قريبٌ جداً من قلوبنا هنا في مجلة كيف تعمل الأشياء، يأخذنا كتاب «كيف تعمل التكنولوجيا» في جولة عبر طرق العمل الداخلية لجميع أنواع آلات الحياة العصرية، من أمور مثل مصافي النفط وخطوط الطاقة، إلى مركبات مثل الدراجات والسيارات، إلى الآلات الأحدث مثل الدرونات ومسابير الفضاء، وكذلك التقنيات التي قد تضمن بقاءنا في المستقبل. برع الناشر ... (قراءة المقال)