1.
سرعة الصوت
تعتمد سرعة الصوت على الوسط، الذي ينتقل خلاله الصوت. وخصيصتا الوسط، اللتان تحددان سرعة الصوت، هما: الكثافة وقابلية الانضغاط. والكثافة هي مقدار الكتلة الموجودة في وحدة الحجم من المادة. أمّا قابلية الانضغاط فهي مدى سهولة كبس المادة، في حيز ضيق. وكلما ازدادت الكثافة وقابلية الانضغاط، قلّت سرعة الصوت.
السوائل والأجسام الصلبة، بصفة عامة، أكثر كثافة من الهواء. ولكنها أقلّ منه في قابلية الانضغاط؛ ولذلك، فإن الصوت ينتقل بسرعة أكبر، خلال السوائل والأجسام الصلبة؛ فسرعة الصوت في الماء، مثلاً، تدنو من أربعة أمثال سرعته في الهواء، وسرعته في الفولاذ، تناهز 15 مرة سرعته في الهواء. وتقاس سرعة الصوت في الهواء، عادة، عند مستوى سطح البحر، وعند 15ْم من الحرارة. إذ أنه عند هذه الدرجة، ينتقل الصوت بسرعة 340متر/ثانية. وتزداد سرعته بازدياد درجة الحرارة، فتبلغ، مثلاً، 386متر/ثانية، عند درجة الحرارة 100ْم.
وسرعة الصوت أدنى بكثير جداً من سرعة الضوء، البالغة في الفراغ 792 299كم/ث، أي بنحو مليون مرة مقدار سرعة الصوت؛ ونتيجة لذلك، يُرى وميض البرق، أثناء العواصف، قبْل أن يُسمع صوت الرعد. وإذا راقبت نجاراً، من مسافة بعيدة، فإنك سترى مطرقته تلامس الخشب، قبْل أن تسمع صوتها.
ولعلك لاحظت، أن طبقة صوت صفارة القطار، تتدرج في العلو، والقطار يقترب؛ ويتوالى انخفاضها، بعد أن يمر القطار ويبتعد. تنتقل موجات الصوت، التي تحدثها الصفارة، بسرعة ثابتة، في الهواء، بغض النظر عن سرعة القطار. ولكن، بينما يقترب القطار، فإن كل موجة تالية، تحدِثها الصفارة، تقطع مسافة أقصر إلى الآذان؛ ولذلك، فإن الموجات تصل بمعدل أكبر، أي بتردد أكبر، فتبدو طبقة الصوت أعلى. وعندما يبتعد القطار، فإن كل موجة تالية، تقطع مسافة أطول إلى الأذن، فتصل الموجات بمعدل أقلّ، أي بتردد أقلّ، وتبدو طبقة الصوت أضعف. ويسمى هذا التغير في طبقة الصوت، الذي تحدِثه الأجسام المتحركة، تأثير دوبلر. بينما لا يتغير عمق الصوت، بالنسبة إلى مستمع في القطار.
وتطير الطائرات النفاثة، أحياناً، بسرعات تفوق سرعة الصوت، فتنتج موجات صدمية، هي اضطرابات ضغط قوية، تنشأ وتتراكم حول الطائرة، وتسفر عن ضجيج عالٍ، يُعرف باسم الفرقعة الصوتية (دوي اختراق حاجز الصوت).
2.
الانعكاس
إذا صرخت، في اتجاه جدار كبير من الطوب، من مسافة عشرة أمتار على الأقل، فإنك ستسمع صدى صوتك. ينتج الصدى عندما تنعكس موجات الصوت، من الجدار إلى أذنَيك؛ إذ ينعكس جزء منه، عندما تصطدم موجاته، في وسط ما، بجسم كبير، من وسط آخر. والصوت الذي لا ينعكس، يخترق الوسط الجديد. وتحدِّد كثافة الوسطَين، وسرعة الصوت فيهما، مقدار الانعكاس. وإذا كان الصوت ينتقل بسرعة واحدة، تقريباً، في وسطَين، لهما كثافة واحدة تقريباً؛ فإن ما ينعكس من الصوت، يكون ضئيلاً؛ إذ سيخترق أغلب الصوت الوسط الجديد. وعلى عكس ذلك، ينعكس أغلب الصوت، إذا كان هناك اختلاف كبير في سرعته، في الوسطَين؛ وكذلك في كثافتَيهما. وتنتقل موجات الصوت في الهواء، بسرعة، تقلّ كثيراً عن سرعتها في الطوب؛ كما أن كثافة الطوب تزيد كثيراً على كثافة الهواء. ولذلك، ينعكس أغلب صوتك، حينما تصرخ، في اتجاه جدار الطوب.
3.
الانكسار
عندما تغادر موجات الصوت وسطاً، وتدخل آخر، تختلف سرعتها، ويتغير اتجاهها. وينتج التغيير في الاتجاه التغيُّر في سرعة الموجات، ويسمى انكساراً. وإذا قلّت سرعة موجات الصوت، في الوسط الثاني، فإن الموجات تنكسر نحو العمودي؛ وهو خط وهمي، يعامد الفاصل بين الوسطَين. وإذا ارتفعت سرعة الصوت، في الوسط الثاني، فإن الموجات تنكسر بعيداً عن العمودي.
ويمكن أن تنكسر موجات الصوت، كذلك، إذا تغيرت سرعته من نقطة إلى أخرى، في وسط واحد. ففي هذه الحالة، تنحني الموجات نحو المنطقة ذات السرعة الأقل. ولا شك أن الصوت يُسمع من مسافة أبعد، في الليل، مقارنة بنهار يوم ساطع الشمس؛ إذ يكون الهواء القريب من الأرض، أثناء النهار، أدفأ من الهواء الذي يعلوه؛ مما يجعل موجات الصوت تنحني، بعيداً عن سطح الأرض، نحو الهواء الأكثر برودة، حيث تكون سرعتها أقلّ. وينتج من انحناء الموجات، بهذه الكيفية، ضعف الصوت، قرب ذلك السطح. أما في الليل، فإن الهواء القريب من سطح الأرض، يكون هو الأكثر برودة، فتنحني موجات الصوت نحو السطح الأرضي، مما يمكِّن من سماعه، من مسافات أبعد.
4.
الحُيُود
تنتشر موجات الصوت، التي تنتقل بمحاذاة مبنى مبتعد، حول ركن المبنى. وعندما تمرّ عبْر الباب، تنتشر حول حافته. ويُسمَّى انتشار الموجات حول حافة عائق، تمرّ به، أو عند مرورها خلال فتحة ما، الحُيُود. ويحدث الحيود، كلما مرت موجات الصوت بعائق أو بفتحة؛ ولكنه يصبح أوضح ما يكون، إذا كانت موجاته طويلة، مقارنة بحجم العائق أو الفتحة. ويُمكِّنك الحيود من سماع الصوت حول ركن ما، حتى في غياب مسار مستقيم، من مصدر الصوت إلى أذنَيك.
5.
الرنين
هو تقوية الصوت. ويحدث عندما تنتج قوة صغيرة متكررة اهتزازات أكبر وأكبر، في جسم ما. ولكي يحدث الرنين، يلزم أن يساوي القوة المتكررة المبذولة، تردد رنين الجسم. وتردد الرنين، يكاد يكون هو نفسه التردد، الذي يهتز به الجسم، طبيعياً، إذا تعرض لاضطراب ما. وقد قيل إن بعض المغنِّين، في المسرحيات الغنائية، يمكنهم أن يحطموا كوباً زجاجياً، بغناء نغمات ذات تردد مساوٍ لتردد رنينه؛ إذ تكبر الاهتزازات التي تحدث فيه، ويكبر الرنين، حتى ينكسر الكوب.
ومن الممكن إيضاح الرنين، تجريبياً، بوساطة شوكة رنانة مهتزة، يمسك بها المرء فوق أنبوب، مفتوح من ناحية، ومغلق من الناحية الأخرى. فإذا كان طول الأنبوب ربع الطول الموجي للصوت، الصادر عن الشوكة، فإن الموجات ستنتقل إلى أسفله، وتنعكس من القاع. وفي هذه الحالة، تُشكِّل الموجات المنعكسة، مع الموجات الأصلية، نمطاً موجباً، يبدو ساكناً. وتسمى مثل هذه الأنماط الموجات الثابتة. وعندما تتكون الموجات الثابتة في الأنبوب، يكون عمود الهواء، في داخله، في حالة رنين مع الشوكة الرنانة . وتجعل الموجات الثابتة في الأنبوب الهواء المحيط، يهتز باتساع أكبر، مما ينجم عنه صوت أكثر ارتفاعاً.
ويزيد الرنين من ارتفاع الصوت، الذي يحدثه الكثير من الآلات الموسيقية. فالآلات الهوائية، على سبيل المثال، تنتج الرنين بالكيفية نفسها، العائدة للشوكة الرنانة والأنبوب؛ إذ تنشأ الموجات الثابتة في عمود الهواء، داخل الآلة، فتجعله في حالة رنين مع الاهتزازات، عند فتحة الفم، مكبِّراً بذلك صوت الآلة.
6.
الضربات
عندما تصدر نبرتان بترددَين مختلفَين اختلافاً طفيفاً، في وقت واحد، فإن ما يسمعه المرء يكون صوتاً واحداً، يرتفع وينخفض، على فترات منتظمة. وتسمى هذه التغيرات الدورية في ارتفاعه، الضربات. وهي تنجم عن تداخل موجات الصوت وتراكبها في النبرتَين.
ويقال عن تداخل الموجات المشتركة، إنه تداخل بنّاء، إذا تطابقت الضغوط مع الضغوط، والتخلخلات مع التخلخلات. ففي هذه الحالة، تقوِّي الموجات بعضها بعضاً، منتجة صوتاً أكثر ارتفاعاً. ويكون التداخل هداماً، إذا تطابقت الضغوط مع التخلخلات. وفي هذه الحالة، يتلاشى الصوت، أو يكون ضعيفاً. وبسبب الاختلاف الطفيف في التردد، تتعاقب فترات التداخل، البناء والهدام، فيرتفع الصوت ثم ينخفض، منتجاً الضربات.
7.
التداخل
يساوي عدد الضربات، في الثانية، ويسمى تردد الضربات، الفرق بين ترددَي النبرتَين. فعند صدور نبرة بتردد 256 هرتز، ونبرة بتردد 257 هرتز، في وقت واحد، على سبيل المثال، تُسمع ضربة واحدة، في كلِّ ثانية.
انشاء الله فائدة
الأربعاء أغسطس 18, 2010 9:20 am
