انتشار الصوت في الماء. كيف ينتقل الصوت في الفضاء؟ المواد الصلبة المرنة

انعكاس الصوت في هذا القسم ، سنفترض أن طول الموجة الصوتية صغير بدرجة كافية ، وبالتالي ينتشر الصوت على طول الأشعة. ماذا يحدث عندما يسقط مثل هذا الشعاع الصوتي من الهواء على سطح صلب؟ من الواضح أن هناك انعكاس في هذه الحالة

اكتشاف خصائص غير متوقعة للغلاف الجوي - تجارب غريبة - نقل الطاقة الكهربائية على سلك واحد دون إرجاع - الإرسال عبر الأرض دون أسلاك على الإطلاق. طاقة كهربائية

نقل الطاقة الكهربائية بدون أسلاك * قرب نهاية عام 1898 ، قادني البحث المنهجي ، الذي تم إجراؤه لسنوات عديدة لتحسين طريقة نقل الطاقة الكهربائية عبر البيئة الطبيعية ، إلى فهم ثلاثة احتياجات مهمة ؛ أولاً -

نقل الصوت بواسطة مولد أنبوب الراديو ، مخططه موضح في الشكل. 24 يولد انبعاثات راديوية مع معلمات غير متغيرة. دعنا نجعل إضافة صغيرة إليها: إلى الدائرة التي تزود شبكة المصباح الإلكتروني بالجهد الكهربائي ، سنقوم بتوصيلها من خلال الحث.

48 نقل الطاقة من خلال المادة نحتاج إلى اثنتي عشرة عملة للروبل لإجراء التجربة. لقد التقينا بالفعل مع موجات مختلفة. إليك تجربة قديمة أخرى تبدو مضحكة جدًا وتوضح كيف تمر الموجة عبر كائن ما. خذ قطعة تافهة - عملات معدنية ، على سبيل المثال

30. تمرير الرسائل إلى الماضي مجموعة من القواعد للمشاهد قبل أن يخرج كريستوفر نولان فيلم Interstellar ويعيد صياغة النص ، أخبرني شقيقه جوناه عن مجموعة من القواعد. للحفاظ على فيلم خيال علمي في المسار الصحيح

الفصل 30 رسائل إلى الماضي لمعرفة كيف يتخيل الفيزيائيون المعاصرون السفر عبر الزمن بأربعة أبعاد زمكان بدون كتلة ، انظر الفصل الأخير من الثقوب السوداء وطيات الزمن [Thorn 2009] ، الفصول

الفصل 30 إرسال الرسائل إلى الماضي في الجزء الأكبر ، كما هو الحال في غشاءنا ، فإن المواضع في الزمكان حيث يمكن إرسال الرسائل وأي شيء يمكن نقله مقيدة بالقانون بحيث لا يمكن لأي شيء أن ينتقل أسرع من الضوء. للاستكشاف

ينتقل الصوت عبر الموجات الصوتية. لا تمر هذه الموجات عبر الغازات والسوائل فحسب ، بل تمر عبرها أيضًا أجسام صلبة. إن عمل أي موجات هو بشكل أساسي في نقل الطاقة. في حالة الصوت ، يأخذ النقل شكل حركات دقيقة على المستوى الجزيئي.

في الغازات والسوائل ، تحرك الموجة الصوتية الجزيئات في اتجاه حركتها ، أي في اتجاه الطول الموجي. في المواد الصلبة اهتزازات الصوتيمكن أن تحدث الجزيئات أيضًا في الاتجاه العمودي للموجة.

تنتشر الموجات الصوتية من مصادرها في جميع الاتجاهات ، كما هو موضح في الشكل على اليمين ، والذي يظهر جرسًا معدنيًا يصطدم بشكل دوري بلسانه. تسبب هذه الاصطدامات الميكانيكية اهتزاز الجرس. يتم نقل طاقة الاهتزازات إلى جزيئات الهواء المحيط ، ويتم دفعها بعيدًا عن الجرس. نتيجة لذلك ، يزداد الضغط في الطبقة الهوائية المجاورة للجرس ، والتي تنتشر بعد ذلك في موجات في جميع الاتجاهات من المصدر.

سرعة الصوت مستقلة عن الحجم أو النغمة. جميع أصوات الراديو في الغرفة ، سواء كانت عالية أو منخفضة ، عالية أو منخفضة ، تصل إلى المستمع في نفس الوقت.

تعتمد سرعة الصوت على نوع الوسط الذي ينتشر فيه وعلى درجة حرارته. في الغازات ، تنتقل الموجات الصوتية ببطء لأن تركيبها الجزيئي المخلخل لا يفعل الكثير لمقاومة الانضغاط. في السوائل ، تزداد سرعة الصوت ، وفي المواد الصلبة تصبح أسرع ، كما هو موضح في الرسم البياني أدناه بالأمتار في الثانية (م / ث).

مسار الموجة

تنتشر الموجات الصوتية في الهواء بطريقة مشابهة لتلك الموضحة في الرسوم البيانية على اليمين. تتحرك جبهات الموجة من المصدر على مسافة معينة من بعضها البعض ، يحددها تردد تذبذبات الجرس. يتم تحديد تردد الموجة الصوتية عن طريق حساب عدد واجهات الموجة التي تمر عبر نقطة معينة لكل وحدة زمنية.

تتحرك مقدمة الموجة الصوتية بعيدًا عن الجرس المهتز.

في الهواء المسخن بشكل موحد ، ينتقل الصوت بسرعة ثابتة.

الجبهة الثانية تتبع الأولى على مسافة ، يساوي الطولأمواج.

شدة الصوت القصوى بالقرب من المصدر.

تمثيل رسومي لموجة غير مرئية

سبر الصوت من الأعماق

يمر شعاع من أشعة السونار ، المكون من موجات صوتية ، بسهولة عبر مياه المحيط. يعتمد مبدأ تشغيل السونار على حقيقة أن الموجات الصوتية ترتد من قاع المحيط ؛ عادة ما يستخدم هذا الجهاز لتحديد ميزات الإغاثة تحت الماء.

المواد الصلبة المرنة

ينتشر الصوت في لوح خشبي. ترتبط جزيئات معظم المواد الصلبة في شبكة مكانية مرنة ، وهي ضعيفة الانضغاط وفي نفس الوقت تسرع مرور الموجات الصوتية.

يغطي هذا الدرس موضوع "الموجات الصوتية". في هذا الدرس سنواصل دراسة الصوتيات. أولاً ، نكرر تعريف الموجات الصوتية ، ثم نأخذ في الاعتبار نطاقات ترددها ونتعرف على مفهوم الموجات فوق الصوتية والموجات فوق الصوتية. سنناقش أيضًا خصائص الموجات الصوتية في الوسائط المختلفة ومعرفة خصائصها. .

موجات صوتيه -هذه اهتزازات ميكانيكية ، تنتشر وتتفاعل مع جهاز السمع ، يدركها الشخص (الشكل 1).

أرز. 1. موجة صوتية

القسم الذي يتعامل مع هذه الموجات في الفيزياء يسمى الصوتيات. مهنة الأشخاص الذين يطلق عليهم عادة "المستمعون" هي مهنة الصوتيات. الموجة الصوتية هي موجة تنتشر في وسط مرن ، وهي موجة طولية ، وعندما تنتشر في وسط مرن ، يتناوب الانضغاط والخلخلة. ينتقل بمرور الوقت عبر مسافة (الشكل 2).

أرز. 2. انتشار الموجة الصوتية

تشمل الموجات الصوتية الاهتزازات التي يتم إجراؤها بتردد يتراوح من 20 إلى 20000 هرتز. تتوافق هذه الترددات مع أطوال موجية 17 م (20 هرتز) و 17 مم (20000 هرتز). سيطلق على هذا النطاق اسم صوت مسموع. يتم إعطاء هذه الأطوال الموجية للهواء ، وسرعة انتشار الصوت التي تساوي.

هناك أيضًا نطاقات من هذا القبيل يعمل فيها أخصائيو الصوت - فوق الصوتية والموجات فوق الصوتية. إن الموجات فوق الصوتية هي تلك التي يقل ترددها عن 20 هرتز. والموجات فوق الصوتية هي تلك التي يزيد ترددها عن 20000 هرتز (الشكل 3).

أرز. 3. نطاقات الموجات الصوتية

يجب أن يتم توجيه كل شخص متعلم في نطاق تردد الموجات الصوتية وأن يعرف أنه إذا ذهب لإجراء فحص بالموجات فوق الصوتية ، فسيتم إنشاء الصورة على شاشة الكمبيوتر بتردد يزيد عن 20000 هرتز.

الموجات فوق الصوتية -هذه موجات ميكانيكية تشبه الموجات الصوتية ، ولكن بتردد يتراوح من 20 كيلوهرتز إلى مليار هرتز.

يتم استدعاء الموجات التي يزيد ترددها عن مليار هرتز تفوق سرعة الصوت.

تستخدم الموجات فوق الصوتية للكشف عن العيوب في أجزاء المصبوب. يتم توجيه تيار من إشارات الموجات فوق الصوتية القصيرة إلى الجزء قيد الاختبار. في تلك الأماكن التي لا توجد بها عيوب ، تمر الإشارات عبر الجزء دون أن يتم تسجيلها بواسطة جهاز الاستقبال.

إذا كان هناك صدع في الجزء ، تجويف الهواءأو عدم تجانس آخر ، ثم تنعكس إشارة الموجات فوق الصوتية منه وتدخل في المستقبل. هذه الطريقة تسمى كشف الخلل بالموجات فوق الصوتية.

ومن الأمثلة الأخرى على استخدام الموجات فوق الصوتية الأجهزة الموجات فوق الصوتية، أجهزة الموجات فوق الصوتية ، العلاج بالموجات فوق الصوتية.

الأشعة تحت الصوتية -موجات ميكانيكية تشبه الموجات الصوتية ولكن بتردد أقل من 20 هرتز. لا ينظر إليهم من قبل أذن الإنسان.

المصادر الطبيعية للموجات فوق الصوتية هي العواصف والتسونامي والزلازل والأعاصير والانفجارات البركانية والعواصف الرعدية.

الموجات فوق الصوتية هي أيضًا موجات مهمة تستخدم في اهتزاز السطح (على سبيل المثال ، لتدمير بعض الأجسام الكبيرة). نطلق الموجات فوق الصوتية في التربة - ويتم سحق التربة. أين يستخدم هذا؟ على سبيل المثال ، في مناجم الماس ، حيث يأخذون الخام الذي يحتوي على مكونات الماس ويسحقونه إلى جزيئات صغيرة للعثور على شوائب الماس هذه (الشكل 4).

أرز. 4. تطبيق الأشعة تحت الصوتية

تعتمد سرعة الصوت على الظروف البيئية ودرجة الحرارة (الشكل 5).

أرز. 5. سرعة انتشار الموجات الصوتية في مختلف الوسائط

يرجى ملاحظة: في الهواء ، سرعة الصوت تساوي ، بينما تزداد السرعة بمقدار. إذا كنت باحثًا ، فقد تكون هذه المعرفة مفيدة لك. قد تبتكر نوعًا من مستشعر درجة الحرارة الذي سيكتشف الاختلافات في درجة الحرارة عن طريق تغيير سرعة الصوت في الوسط. نحن نعلم بالفعل أنه كلما كان الوسط أكثر كثافة ، كلما زادت خطورة التفاعل بين جزيئات الوسط ، زادت سرعة انتشار الموجة. ناقشنا هذا في الفقرة الأخيرة باستخدام مثال الهواء الجاف والهواء الرطب. بالنسبة للمياه ، سرعة انتشار الصوت. إذا قمت بإنشاء موجة صوتية (تدق على شوكة رنانة) ، فإن سرعة انتشارها في الماء ستكون 4 مرات أكبر من الهواء. عن طريق الماء ، ستصل المعلومات أسرع 4 مرات من الهواء. وحتى أسرع في الفولاذ: (الشكل 6).

أرز. 6. سرعة انتشار الموجة الصوتية

أنت تعرف من الملاحم التي استخدمها إيليا موروميتس (وجميع الأبطال والشعب الروسي العادي والفتيان من المجلس العسكري الثوري لغايدار) ، استخدموا كثيرًا طريقة مثيرة للاهتماماكتشاف كائن يقترب ، لكنه لا يزال بعيدًا. الصوت الذي يصدره عند الحركة غير مسموع بعد. إيليا موروميتس ، وأذنه على الأرض ، يمكنه سماعها. لماذا؟ لأن الصوت ينتقل على أرض صلبة بسرعة أعلى ، مما يعني أنه سيصل إلى أذن Ilya Muromets بشكل أسرع ، وسيكون قادرًا على الاستعداد لمواجهة العدو.

أكثر الموجات الصوتية إثارة هي الأصوات الموسيقية والضوضاء. ما الأشياء التي يمكن أن تخلق موجات صوتية؟ إذا أخذنا مصدر موجة ووسيطًا مرنًا ، إذا جعلنا مصدر الصوت يهتز بشكل متناغم ، فسنحصل على موجة صوتية رائعة ، والتي ستسمى صوتًا موسيقيًا. يمكن أن تكون مصادر الموجات الصوتية هذه ، على سبيل المثال ، أوتار جيتار أو بيانو. قد تكون هذه موجة صوتية يتم إنشاؤها في فجوة أنبوب الهواء (عضو أو أنبوب). من دروس الموسيقى تعرف النوتة الموسيقية: do، re، mi، fa، salt، la، si. في الصوتيات يطلق عليهم النغمات (الشكل 7).

أرز. 7. النغمات الموسيقية

جميع العناصر التي يمكن أن تصدر نغمات لها ميزات. كيف يختلفون؟ تختلف في الطول الموجي والتردد. إذا لم يتم إنشاء هذه الموجات الصوتية بواسطة أجسام ذات صوت متناغم أو لم يتم توصيلها بقطعة أوركسترالية مشتركة ، فسيتم تسمية هذا العدد من الأصوات بالضوضاء.

ضوضاء- تقلبات عشوائية ذات طبيعة فيزيائية مختلفة ، تتميز بتعقيد الهيكل الزمني والطيفي. مفهوم الضوضاء هو مفهوم يومي وجسدي ، وهما متشابهان للغاية ، وبالتالي نقدمه كموضوع مهم منفصل في الاعتبار.

دعنا ننتقل إلى تقديرات كميةموجات صوتية. ما هي خصائص الموجات الصوتية الموسيقية؟ تنطبق هذه الخصائص حصريًا على اهتزازات الصوت التوافقي. لذا، حجم الصوت. ما الذي يحدد حجم الصوت؟ ضع في اعتبارك انتشار موجة صوتية في الوقت المناسب أو اهتزازات مصدر موجة صوتية (الشكل 8).

أرز. 8. حجم الصوت

في الوقت نفسه ، إذا لم نضف الكثير من الصوت إلى النظام (اضغط بهدوء على مفتاح البيانو ، على سبيل المثال) ، فسيكون هناك صوت هادئ. إذا رفعنا أيدينا بصوت عالٍ ، نسمي هذا الصوت بضرب المفتاح ، نحصل على صوت مرتفع. على ماذا تعتمد؟ الأصوات الهادئة لها اهتزاز أقل من الأصوات العالية.

التالي خاصية مهمةالصوت الموسيقي وأي شيء آخر - ارتفاع. ما الذي يحدد درجة الصوت؟ الملعب يعتمد على التردد. يمكننا جعل المصدر يتأرجح بشكل متكرر ، أو يمكننا جعله يتأرجح ليس سريعًا جدًا (أي جعل التذبذبات أقل لكل وحدة زمنية). ضع في اعتبارك المسح الزمني للصوت العالي والمنخفض من نفس السعة (الشكل 9).

أرز. 9. الملعب

يمكن استخلاص نتيجة مثيرة للاهتمام. إذا غنى شخص بصوت الجهير ، فهذا يعني أن لديه مصدر صوت (هذا هو الأحبال الصوتية) يتأرجح أبطأ عدة مرات من الشخص الذي يغني سوبرانو. في الحالة الثانية ، تهتز الحبال الصوتية في كثير من الأحيان ، وبالتالي فإنها تسبب في كثير من الأحيان بؤر من الانضغاط والخلخلة في انتشار الموجة.

هناك خاصية أخرى مثيرة للاهتمام للموجات الصوتية لا يدرسها الفيزيائيون. هذا طابع الصوت. أنت تعرف وتميز بسهولة نفس القطعة الموسيقية التي يتم تشغيلها على البالاليكا أو على آلة التشيلو. ما الفرق بين هذه الأصوات وبين هذا الأداء؟ في بداية التجربة ، طلبنا من الأشخاص الذين ينتجون الأصوات جعلها بنفس السعة تقريبًا بحيث يكون حجم الصوت متماثلًا. الأمر كما في حالة الأوركسترا: إذا لم تكن هناك حاجة لتمييز آلة موسيقية ما ، فكل شخص يلعب بنفس الطريقة تقريبًا وبنفس القوة. لذا فإن جرس البالاليكا والتشيلو مختلف. إذا رسمنا الصوت المستخرج من آلة ، من أخرى ، باستخدام الرسوم البيانية ، فسيكونان متماثلين. ولكن يمكنك بسهولة التمييز بين هذه الآلات من خلال صوتها.

مثال آخر على أهمية الجرس. تخيل مغنيين تخرجوا من نفس مدرسة الموسيقى مع نفس المعلمين. لقد درسوا بشكل جيد مع الأطفال الخمسة. لسبب ما ، يصبح المرء مؤديًا بارزًا ، بينما يكون الآخر غير راضٍ عن حياته المهنية طوال حياته. في الواقع ، يتم تحديد ذلك فقط من خلال أداتهم ، والتي تسبب اهتزازات صوتية فقط في البيئة ، أي أصواتهم تختلف في الجرس.

فهرس

1. سوكولوفيتش يو إيه ، بوجدانوفا جي إس. الفيزياء: كتاب مرجعي بأمثلة لحل المشكلات. - إعادة توزيع الطبعة الثانية. - العاشر: فيستا: دار النشر "رانوك" 2005. - 464 ص.
2. Peryshkin A.V. ، Gutnik EM ، الفيزياء. الصف التاسع: كتاب مدرسي للتعليم العام. المؤسسات / A.V. بيريشكين ، إي. جوتنيك. - الطبعة 14 ، الصورة النمطية. - م: بوستارد ، 2009. - 300 ص.

1. بوابة الإنترنت "eduspb.com" ()
2. بوابة الإنترنت "msk.edu.ua" ()
3. بوابة الإنترنت "class-fizika.narod.ru" ()

العمل في المنزل

1. كيف ينتشر الصوت؟ ماذا يمكن أن يكون مصدر الصوت؟
2. هل يمكن للصوت السفر في الفضاء؟
3. هل كل موجة تصل إلى أذن الإنسان يدركها؟

على مسافات طويلة ، تنتشر الطاقة الصوتية فقط على طول الأشعة اللطيفة ، التي لا تلمس قاع المحيط على طول الطريق. في هذه الحالة ، فإن القيد الذي يفرضه الوسيط على مدى انتشار الصوت هو امتصاصه في مياه البحر. ترتبط الآلية الرئيسية للامتصاص بعمليات الاسترخاء التي تصاحب انتهاك التوازن الديناميكي الحراري بين الأيونات وجزيئات الأملاح الذائبة في الماء بواسطة موجة صوتية. تجدر الإشارة إلى أن الدور الرئيسيفي الامتصاص في نطاق واسع من الترددات الصوتية ، ينتمي ملح كبريتيد المغنيسيوم MgSO4 ، على الرغم من أن محتواه في مياه البحر من حيث النسبة المئوية صغير جدًا - تقريبًا 10 مرات أقل من ، على سبيل المثال ، ملح صخري كلوريد الصوديوم ، والذي مع ذلك لا يلعب أي دور ملحوظ في امتصاص الصوت.

بشكل عام ، يكون الامتصاص في مياه البحر أكبر كلما زاد تردد الصوت. عند الترددات من 3-5 إلى 100 كيلو هرتز على الأقل ، حيث تهيمن الآلية المذكورة أعلاه ، يكون الامتصاص متناسبًا مع التردد إلى قوة تبلغ حوالي 3/2. عند الترددات المنخفضة ، يتم تنشيط آلية امتصاص جديدة (ربما بسبب وجود أملاح البورون في الماء) ، والتي تصبح ملحوظة بشكل خاص في نطاق مئات هرتز ؛ هنا ، يكون مستوى الامتصاص مرتفعًا بشكل غير طبيعي وينخفض ​​بشكل أبطأ بكثير مع تناقص التردد.

لتخيل الخصائص الكمية للامتصاص في مياه البحر بشكل أكثر وضوحًا ، نلاحظ أنه بسبب هذا التأثير ، يتم تخفيف الصوت بتردد 100 هرتز بمعامل 10 على مسار 10 آلاف كم ، وبتردد 10 كيلو هرتز - على مسافة 10 كم فقط (الشكل 2). وبالتالي ، يمكن استخدام الموجات الصوتية منخفضة التردد فقط للاتصالات بعيدة المدى تحت الماء ، للكشف بعيد المدى عن العوائق تحت الماء ، وما شابه ذلك.

الشكل 2 - المسافات التي تضعف فيها الأصوات ذات الترددات المختلفة 10 مرات عند الانتشار في مياه البحر.

في منطقة الأصوات المسموعة لمدى التردد من 20 إلى 2000 هرتز ، يصل مدى الانتشار تحت الماء للأصوات ذات الكثافة المتوسطة إلى 15-20 كم ، وفي منطقة الموجات فوق الصوتية - 3-5 كم.

بناءً على قيم التوهين الصوتي التي لوحظت في الظروف المختبرية في أحجام صغيرة من الماء ، يتوقع المرء نطاقات أكبر بكثير. ومع ذلك، في فيفوبالإضافة إلى التخميد بسبب خصائص الماء نفسه (ما يسمى بالتخميد اللزج) ، يؤثر أيضًا نثره وامتصاصه من خلال عدم تجانس الوسط.

يحدث انكسار الصوت ، أو انحناء مسار الحزمة الصوتية ، بسبب عدم تجانس خواص الماء ، خاصة على طول الخط العمودي ، ويرجع ذلك إلى ثلاثة أسباب رئيسية: التغيرات في الضغط الهيدروستاتيكي مع العمق ، والتغيرات في الملوحة ، و التغيرات في درجة الحرارة بسبب التسخين غير المتكافئ لكتلة الماء بواسطة أشعة الشمس. نتيجة للعمل المشترك لهذه الأسباب ، فإن سرعة انتشار الصوت ، والتي تبلغ حوالي 1450 م / ث للمياه العذبة وحوالي 1500 م / ث لمياه البحر ، تتغير مع العمق ، ويعتمد قانون التغيير على الموسم والوقت من اليوم وعمق الخزان وعدد من الأسباب الأخرى. تنحني الأشعة الصوتية التي تغادر المصدر بزاوية معينة في الأفق ، ويعتمد اتجاه المنعطف على توزيع سرعات الصوت في الوسط. في الصيف ، عندما تكون الطبقات العليا أكثر دفئًا من الطبقات السفلية ، تنحني الأشعة إلى أسفل وتنعكس في الغالب من القاع ، مما يفقد جزءًا كبيرًا من طاقتها. على العكس من ذلك ، في فصل الشتاء ، عندما تحافظ الطبقات السفلية من الماء على درجة حرارتها ، بينما تبرد الطبقات العليا ، تنحني الأشعة لأعلى وتخضع لانعكاسات متعددة من سطح الماء ، يتم خلالها فقدان طاقة أقل بكثير. لذلك ، في الشتاء ، تكون مسافة انتشار الصوت أكبر منها في الصيف. بسبب الانكسار ، ما يسمى. المناطق الميتة ، أي المناطق القريبة من المصدر والتي لا يوجد فيها سماع.

ومع ذلك ، يمكن أن يؤدي وجود الانكسار إلى زيادة نطاق انتشار الصوت - ظاهرة الانتشار الطويل جدًا للأصوات تحت الماء. على عمق ما تحت سطح الماء توجد طبقة ينتشر فيها الصوت بأدنى سرعة ؛ وفوق هذا العمق تزداد سرعة الصوت بسبب ارتفاع درجة الحرارة وتحت هذا العمق بسبب زيادة الضغط الهيدروستاتيكي مع العمق. هذه الطبقة هي نوع من قنوات الصوت تحت الماء. الشعاع الذي ينحرف عن محور القناة لأعلى أو لأسفل ، بسبب الانكسار ، يميل دائمًا إلى العودة إليه. إذا تم وضع مصدر صوت وجهاز استقبال في هذه الطبقة ، فيمكن تسجيل حتى الأصوات ذات الشدة المتوسطة (على سبيل المثال ، انفجارات الشحنات الصغيرة من 1-2 كجم) على مسافات تصل إلى مئات وآلاف الكيلومترات. يمكن ملاحظة زيادة كبيرة في نطاق انتشار الصوت في وجود قناة صوتية تحت الماء عندما لا يكون مصدر الصوت والمستقبل بالقرب من محور القناة بالضرورة ، ولكن بالقرب من السطح ، على سبيل المثال. في هذه الحالة ، تدخل الأشعة ، التي تنكسر لأسفل ، الطبقات العميقة ، حيث تنحرف لأعلى وتخرج مرة أخرى إلى السطح على مسافة عدة عشرات من الكيلومترات من المصدر. علاوة على ذلك ، يتكرر نمط انتشار الأشعة ، ونتيجة لذلك ، فإن سلسلة من ما يسمى. مناطق مضيئة ثانوية ، والتي عادة ما تُعزى إلى مسافات تصل إلى عدة مئات من الكيلومترات.

يتأثر انتشار الأصوات عالية التردد ، ولا سيما الموجات فوق الصوتية ، عندما تكون أطوال الموجات صغيرة جدًا ، بعدم التجانس الصغير الذي يوجد عادةً في الخزانات الطبيعية: الكائنات الحية الدقيقة ، فقاعات الغاز ، إلخ. تعمل هذه اللاتجانسات بطريقتين: تمتص وتشتت طاقة الموجات الصوتية. نتيجة لذلك ، مع زيادة وتيرة اهتزازات الصوت ، يتم تقليل نطاق انتشارها. هذا التأثير ملحوظ بشكل خاص في الطبقة السطحية من الماء ، حيث يوجد معظم عدم التجانس. يتسبب تشتت الصوت عن طريق عدم التجانس ، وكذلك بسبب عدم انتظام سطح الماء والقاع ، في ظاهرة الصدى تحت الماء الذي يصاحب إرسال نبضة صوتية: الموجات الصوتية ، المنعكسة من مزيج من عدم التجانس والاندماج ، تعطي إحكامًا نبض الصوت ، الذي يستمر بعد نهايته ، يشبه الصدى الملحوظ في الأماكن المغلقة. الصدى تحت الماء هو تداخل مهم إلى حد ما لعدد من التطبيقات العملية للصوتيات المائية ، ولا سيما السونار.

حدود نطاق انتشار الأصوات تحت الماء محدودة أيضًا بما يسمى. ضوضاء البحر ، والتي لها أصل مزدوج. ينشأ جزء من الضوضاء من تأثير الأمواج على سطح الماء ، من الأمواج ، من ضجيج الحصى المتداول ، إلخ. الجزء الآخر يتعلق بالحيوانات البحرية. وهذا يشمل الأصوات التي تنتجها الأسماك والحيوانات البحرية الأخرى.

>> الفيزياء: الصوت في بيئات مختلفة

يتطلب انتشار الصوت وسطًا مرنًا. لا يمكن أن تنتشر الموجات الصوتية في الفراغ لأنه لا يوجد شيء يهتز هناك. يمكن التحقق من هذا على تجربة بسيطة. إذا وضعنا جرسًا كهربائيًا تحت جرس زجاجي ، حيث يتم ضخ الهواء من تحت الجرس ، فسنجد أن صوت الجرس سيصبح أضعف وأضعف حتى يتوقف تمامًا.

صوت في الغازات. من المعروف أنه خلال العاصفة الرعدية نرى أولاً وميضًا من البرق وبعد فترة فقط نسمع الرعد (الشكل 52). يحدث هذا التأخير بسبب حقيقة أن سرعة الصوت في الهواء أقل بكثير من سرعة الضوء القادم من البرق.

تم قياس سرعة الصوت في الهواء لأول مرة في عام 1636 من قبل العالم الفرنسي م. عند درجة حرارة 20 درجة مئوية ، فهي تساوي 343 م / ث ، أي 1235 كم / ساعة. لاحظ أنه وفقًا لهذه القيمة ، تقل سرعة الرصاصة التي يتم إطلاقها من مدفع رشاش كلاشينكوف (PK) على مسافة 800 متر. تبلغ سرعة كمامة الرصاصة 825 م / ث ، وهي أعلى بكثير من سرعة الصوت في الهواء. لذلك ، الشخص الذي يسمع صوت طلقة أو صافرة رصاصة لا داعي للقلق: لقد تجاوزته هذه الرصاصة بالفعل. تتجاوز الرصاصة صوت الطلقة وتصل إلى ضحيتها قبل وصول الصوت.

تعتمد سرعة الصوت على درجة حرارة الوسط: مع زيادة درجة حرارة الهواء تزداد ، ومع انخفاضها تنخفض. عند 0 درجة مئوية ، تكون سرعة الصوت في الهواء 331 م / ث.

ينتقل الصوت بسرعات مختلفة في غازات مختلفة. كلما زادت كتلة جزيئات الغاز ، انخفضت سرعة الصوت فيه. لذلك ، عند درجة حرارة 0 درجة مئوية ، تكون سرعة الصوت في الهيدروجين 1284 م / ث ، في الهيليوم - 965 م / ث ، والأكسجين - 316 م / ث.

صوت في السوائل. سرعة الصوت في السوائل بشكل عام أكبر من سرعة الصوت في الغازات. تم قياس سرعة الصوت في الماء لأول مرة في عام 1826 بواسطة J. Colladon و J. Sturm. أجروا تجاربهم على بحيرة جنيف في سويسرا (الشكل 53). في أحد القوارب أشعلوا النار في البارود وفي نفس الوقت ضربوا جرسًا تم إنزاله في الماء. تم التقاط صوت هذا الجرس ، بمساعدة قرن خاص ، تم إنزاله أيضًا في الماء ، على متن قارب آخر ، كان يقع على مسافة 14 كم من الأول. حسب الفاصل الزمني بين وميض الضوء ووصوله إشارة صوتيةتحديد سرعة الصوت في الماء. عند درجة حرارة 8 درجات مئوية ، اتضح أنها كانت 1440 م / ث تقريبًا.

على الحدود بين اثنين بيئات مختلفةينعكس جزء من الموجة الصوتية ، ويسافر جزء منها إلى أبعد من ذلك. عندما يمر الصوت من الهواء إلى الماء ، فإن 99.9٪ من الطاقة الصوتية تنعكس مرة أخرى ، ولكن الضغط في الماء موجة صوتيةتبين أنها أعلى مرتين تقريبًا. السمعالسمكة تستجيب لهذا. لذلك ، على سبيل المثال ، الصراخ والضوضاء فوق سطح الماء الطريق الصحيحتخويف مخلوقات البحر. هذه الصرخات لن تصم الإنسان تحت الماء: عند غمرها في الماء ، تبقى "سدادات" الهواء في أذنيه ، مما ينقذه من الحمل الزائد للصوت.

عندما ينتقل الصوت من الماء إلى الهواء ، تنعكس 99.9٪ من الطاقة مرة أخرى. ولكن إذا زاد ضغط الصوت أثناء الانتقال من الهواء إلى الماء ، فإنه الآن على العكس من ذلك ينخفض ​​بشكل حاد. ولهذا السبب ، على سبيل المثال ، فإن الصوت الذي يحدث تحت الماء عندما يصطدم حجر بحجر آخر لا يصل إلى إنسان في الهواء.

أعطى هذا السلوك الصوتي على الحدود بين الماء والهواء سببًا لأسلافنا للنظر فيه عالم تحت سطح البحر"عالم الصمت". ومن هنا جاء التعبير: "هو غبي كالسمكة". ومع ذلك ، اقترح حتى ليوناردو دافنشي الاستماع إلى أصوات تحت الماء عن طريق وضع أذنك على مجذاف يتم إنزاله في الماء. باستخدام هذه الطريقة ، يمكنك أن ترى أن الأسماك في الواقع ثرثارة تمامًا.

صوت في المواد الصلبة. سرعة الصوت في المواد الصلبة أكبر منها في السوائل والغازات. إذا وضعت أذنك على السكة ، فبعد الاصطدام بالطرف الآخر من السكة ، ستسمع صوتين. سيصل أحدهما إلى أذنك على طول السكة ، والآخر - عبر الهواء.

الأرض موصلية جيدة للصوت. لذلك ، في الأيام الخوالي ، أثناء الحصار ، تم وضع "مستمعين" في جدران القلعة ، والذين يستطيعون ، من خلال الصوت الذي تنقله الأرض ، تحديد ما إذا كان العدو يحفر إلى الجدران أم لا. وضعوا آذانهم على الأرض ، وشاهدوا أيضًا اقتراب سلاح الفرسان المعدي.

الأجسام الصلبة توصل الصوت بشكل جيد. لهذا السبب ، يمكن للأشخاص الذين فقدوا سمعهم أحيانًا الرقص على الموسيقى التي تصلهم. أعصاب سمعيةليس من خلال الهواء والأذن الخارجية ، بل من خلال الأرض والعظام.

1. لماذا ، خلال العاصفة الرعدية ، نرى البرق أولاً ثم نسمع الرعد فقط؟ 2. ما الذي يحدد سرعة الصوت في الغازات؟ 3. لماذا لا يسمع الشخص الواقف على ضفة النهر الأصوات التي تحدث تحت الماء؟ 4. لماذا كان "المستمعون" الذين في العصور القديمة يتبعون أعمال الحفر للعدو هم المكفوفون في كثير من الأحيان؟

مهمة تجريبية . وضع أحد طرفي اللوحة (أو مسطرة خشبية طويلة) ساعة معصم، اربط أذنك بطرفها الآخر. ماذا تسمع؟ اشرح الظاهرة.

S.V. جروموف ، ن. الوطن الأم ، الفيزياء للصف الثامن

مقدم من القراء من مواقع الإنترنت

تخطيط الفيزياء ، خطط دروس الفيزياء ، برنامج مدرسيوالكتب المدرسية والكتب في الفيزياء للصف الثامن ودورات ومهام الفيزياء للصف الثامن