>> 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 في غازات مختلفة مع سرعة 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. 
عند الحد الفاصل بين وسيطين مختلفين ، ينعكس جزء من الموجة الصوتية ويسافر جزء منها إلى أبعد من ذلك. عندما ينتقل الصوت من الهواء إلى الماء ، فإن 99.9٪ من الطاقة الصوتية تنعكس مرة أخرى ، لكن الضغط في الموجة الصوتية التي تمر إلى الماء يكون أكبر 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
محتوى الدرس ملخص الدرسدعم إطار عرض الدرس بأساليب متسارعة تقنيات تفاعلية يمارس مهام وتمارين امتحان ذاتي ورش عمل ، تدريبات ، حالات ، أسئلة ، واجبات منزلية ، أسئلة مناقشة أسئلة بلاغية من الطلاب الرسوم التوضيحية مقاطع الصوت والفيديو والوسائط المتعددةصور فوتوغرافية ، صور رسومات ، جداول ، مخططات فكاهة ، نوادر ، نكت ، أمثال كاريكاتورية ، أقوال ، ألغاز كلمات متقاطعة ، اقتباسات الإضافات الملخصاترقائق المقالات لأوراق الغش الفضولي والكتب المدرسية الأساسية والإضافية معجم مصطلحات أخرى تحسين الكتب المدرسية والدروستصحيح الأخطاء في الكتاب المدرسيتحديث جزء في الكتاب المدرسي من عناصر الابتكار في الدرس واستبدال المعرفة القديمة بأخرى جديدة فقط للمعلمين دروس مثالية خطة التقويملسنة القواعد الارشاديةبرامج المناقشة دروس متكاملةإذا لم تواجه الموجة الصوتية أي عوائق في مسارها ، فإنها تنتشر بشكل موحد في جميع الاتجاهات. لكن لا تصبح كل عقبة عقبة أمامها.
بعد أن واجه عقبة في طريقه ، يمكن أن ينحني الصوت حوله أو ينعكس أو ينكسر أو يمتص.
حيود الصوت
يمكننا التحدث إلى شخص يقف بالقرب من زاوية مبنى أو خلف شجرة أو خلف سياج ، رغم أننا لا نستطيع رؤيته. نسمعها لأن الصوت قادر على الانحناء حول هذه الأشياء والتغلغل في المنطقة خلفها.
تسمى قدرة الموجة على الالتفاف حول عقبة الانحراف .
يكون الانعراج ممكنًا عندما يتجاوز الطول الموجي لموجة الصوت حجم العائق. الموجات الصوتية منخفضة التردد طويلة جدًا. على سبيل المثال ، عند تردد 100 هرتز ، يكون 3.37 م ، ومع انخفاض التردد ، يصبح الطول أطول. لذلك ، فإن الموجة الصوتية تنحني بسهولة حول الأشياء التي تتناسب معها. لا تمنعنا الأشجار في الحديقة من سماع الصوت على الإطلاق ، لأن أقطار جذوعها أصغر بكثير من الطول الموجي لموجة الصوت.
بسبب الحيود موجات صوتيةتخترق الشقوق والثقوب في العائق وتنتشر خلفها.
دعونا نضع شاشة مسطحة بها فتحة في مسار الموجة الصوتية.
عندما يكون طول الموجة الصوتية ƛ أكبر بكثير من قطر الفتحة د ، أو أن هذه القيم متساوية تقريبًا ، فعندئذٍ يصل الصوت خلف الفتحة إلى جميع نقاط المنطقة الموجودة خلف الشاشة (منطقة ظل الصوت). ستبدو جبهة الموجة الخارجة مثل نصف الكرة الأرضية.
لو ƛ أصغر بقليل من قطر الفتحة ، ثم ينتشر الجزء الرئيسي من الموجة مباشرة ، ويتباعد جزء صغير قليلاً عن الجانبين. وفي حالة متى ƛ اقل بكثير د ، فإن الموجة بأكملها ستسير في الاتجاه الأمامي.
انعكاس الصوت
إذا اصطدمت موجة صوتية بالواجهة بين وسيطين ، فمن الممكن متغيرات مختلفةمزيد من التوزيع. يمكن أن ينعكس الصوت من الواجهة ، ويمكن أن ينتقل إلى وسيط آخر دون تغيير الاتجاه ، أو يمكن أن ينكسر ، أي الانتقال ، وتغيير اتجاهه.
لنفترض أن هناك عائقًا قد ظهر في مسار الموجة الصوتية ، وحجمها أكبر بكثير من الطول الموجي ، على سبيل المثال ، جرف شديد. كيف سيتصرف الصوت؟ نظرًا لأنه لا يمكنه تجاوز هذه العقبة ، فسوف ينعكس ذلك عليه. وراء العقبة منطقة الظل الصوتية .
يسمى الصوت المنعكس من عقبة صدى صوت .
يمكن أن تكون طبيعة انعكاس الموجة الصوتية مختلفة. يعتمد ذلك على شكل السطح العاكس.
انعكاس يسمى تغيير في اتجاه الموجة الصوتية عند الواجهة بين وسيطين مختلفين. عندما تنعكس الموجة ، تعود إلى الوسط الذي أتت منه.
إذا كان السطح مسطحًا ، ينعكس الصوت منه بنفس الطريقة التي ينعكس بها شعاع الضوء في المرآة.
يتم تركيز الأشعة الصوتية المنعكسة من سطح مقعر عند نقطة واحدة.
السطح المحدب يبدد الصوت.
يتم إعطاء تأثير التشتت من خلال الأعمدة المحدبة ، والقوالب الكبيرة ، والثريات ، وما إلى ذلك.
لا ينتقل الصوت من وسيط إلى آخر ، بل ينعكس منه إذا اختلفت كثافات الوسائط اختلافًا كبيرًا. لذا فالصوت الذي يظهر في الماء لا ينتقل إلى الهواء. ينعكس من الواجهة ، ويبقى في الماء. لن يسمع أي شخص يقف على ضفة النهر هذا الصوت. هذا يرجع إلى الاختلاف الكبير في مقاومة الأمواج للماء والهواء. في علم الصوتيات ، مقاومة الموجة تساوي ناتج كثافة الوسط وسرعة الصوت فيه. نظرًا لأن مقاومة موجة الغازات أقل بكثير من مقاومة الموجة للسوائل والمواد الصلبة ، فعندما تصل إلى حدود الهواء والماء ، تنعكس الموجة الصوتية.
لا تسمع الأسماك في الماء الصوت الذي يظهر فوق سطح الماء ، لكنها تميز الصوت بوضوح ، ومصدره جسم يهتز في الماء.
انكسار الصوت
يسمى تغيير اتجاه انتشار الصوت الانكسار . تحدث هذه الظاهرة عندما يمر الصوت من وسيط إلى آخر ، وتختلف سرعة انتشاره في هذه الوسائط.
نسبة جيب زاوية السقوط إلى جيب زاوية الانعكاس تساوي نسبة سرعات انتشار الصوت في الوسائط.
أين أنا - زاوية السقوط،
ص هي زاوية الانعكاس ،
الإصدار 1 هي سرعة انتشار الصوت في الوسيط الأول ،
الإصدار 2 هي سرعة انتشار الصوت في الوسيط الثاني ،
ن هو مؤشر الانكسار.
يسمى انكسار الصوت الانكسار .
إذا لم تسقط الموجة الصوتية بشكل عمودي على السطح ، ولكن بزاوية غير 90 درجة ، فإن الموجة المنكسرة ستنحرف عن اتجاه الموجة الساقطة.
يمكن ملاحظة انكسار الصوت ليس فقط في الواجهة بين الوسائط. يمكن للموجات الصوتية أن تغير اتجاهها في وسط غير متجانس - الغلاف الجوي ، المحيط.
في الغلاف الجوي ، يحدث الانكسار بسبب التغيرات في درجة حرارة الهواء وسرعة واتجاه حركة الكتل الهوائية. وفي المحيط ، يبدو الأمر مختلفًا بسبب عدم تجانس خصائص الماء الضغط الهيدروليكيعلى أعماق مختلفة ودرجات حرارة مختلفة وملوحة مختلفة.
امتصاص الصوت
عندما تصطدم موجة صوتية بسطح ما ، يتم امتصاص بعض طاقتها. ويمكن تحديد مقدار الطاقة التي يمكن للوسيط امتصاصها من خلال معرفة معامل امتصاص الصوت. يوضح هذا المعامل أي جزء من الطاقة اهتزازات الصوتيمتص 1 م 2 عوائق. لها قيمة من 0 إلى 1.
تسمى وحدة قياس امتصاص الصوت سابين . حصلت على اسمها من الفيزيائي الأمريكي والاس كليمنت سابين ، مؤسس الصوتيات المعمارية. 1 سابين هي الطاقة التي يمتصها 1 م 2 من السطح ، ومعامل امتصاصها يساوي 1. أي أن مثل هذا السطح يجب أن يمتص تمامًا كل طاقة الموجة الصوتية.
صدى
والاس سابين
تستخدم خاصية المواد لامتصاص الصوت على نطاق واسع في الهندسة المعمارية. أثناء البحث في الصوتيات لقاعة المحاضرات ، وهي جزء من متحف فوج ، خلص والاس كليمنت سابين إلى أن هناك علاقة بين حجم القاعة والظروف الصوتية ونوع ومساحة المواد الممتصة للصوت ، و وقت صدى .
صدى تسمى عملية انعكاس الموجة الصوتية من العوائق والتوهين التدريجي لها بعد إطفاء مصدر الصوت. في مكان مغلق ، يمكن أن يرتد الصوت عن الجدران والأشياء عدة مرات. نتيجة لذلك ، تظهر إشارات صدى مختلفة ، كل منها يبدو وكأنه منفصل. هذا التأثير يسمى تأثير الصدى .
معظم خاصية مهمةالمباني وقت صدى ، والذي تم تقديمه وحسابه بواسطة Sabin.
أين الخامس - حجم الغرفة ،
أ - امتصاص الصوت العام.
أين أنا هو معامل امتصاص الصوت للمادة ،
سي هي مساحة كل سطح.
إذا كان وقت الصدى طويلاً ، يبدو أن الأصوات "تتجول" في جميع أنحاء الغرفة. يتداخل كل منهما مع الآخر ، ويغرق المصدر الرئيسي للصوت ، وتصبح القاعة مزدحمة. مع فترة ارتداد قصيرة ، تمتص الجدران الأصوات بسرعة وتصبح صماء. لذلك ، يجب أن يكون لكل غرفة حسابها الدقيق.
بناءً على نتائج حساباته ، رتب سابين مواد امتصاص الصوت بطريقة تقلل "تأثير الصدى". ولا تزال قاعة بوسطن السيمفونية ، التي كان يعمل فيها مستشارًا صوتيًا ، من أرقى القاعات في العالم.
نقل الصوت
لا تعتقد أن الصوت ينتقل فقط عبر الهواء. يمكن أن تمر عبر مواد أخرى - غازية ، سائلة ، حتى صلبة. ينتقل الصوت في الماء أسرع بأربع مرات منه في الهواء.
إذا كنت تشك في أن الصوت يمكن أن ينتقل عبر الماء ، فاسأل العمال الذين كانوا في هياكل تحت الماء: سيؤكدون أن أصوات الساحل مسموعة بوضوح تحت الماء.
وستتعلم من الصيادين أن الأسماك تتناثر عند أدنى ضوضاء مريبة على الشاطئ.
قاس العلماء قبل 200 عام بالضبط مدى سرعة انتقال الصوت تحت الماء. تم ذلك في إحدى البحيرات السويسرية - في جنيف. ركب اثنان من علماء الفيزياء القوارب وافترقا ثلاثة كيلومترات عن بعضهما البعض. من جانب أحد القوارب ، كان الجرس معلقًا تحت الماء ، والذي يمكن أن يضرب بمطرقة ذات مقبض طويل. تم توصيل هذا المقبض بجهاز لإشعال البارود في قذيفة هاون صغيرة مثبتة على مقدمة القارب: في نفس الوقت الذي ضرب فيه الجرس ، اندلع البارود ، وكان هناك وميض لامع مرئي من مكان بعيد. يمكن أن يرى هذا الوميض بالطبع والفيزيائي الذي كان جالسًا في قارب آخر واستمع إلى صوت الجرس في أنبوب تم إنزاله تحت الماء. من خلال تأخير الصوت مقارنة بالفلاش ، تم تحديد عدد الثواني التي يمر فيها الصوت عبر الماء من قارب إلى آخر. من خلال هذه التجارب ، وجد أن الصوت ينتقل حوالي 1440 مترًا في الثانية في الماء.
المواد الصلبة المرنة ، مثل الحديد الزهر ، والخشب ، والعظام ، تنقل الصوت بشكل أفضل وأسرع. ضع أذنك على نهاية شعاع خشبي طويل أو سجل واطلب من صديق أن يضرب الطرف الآخر بعصا ، وسوف تسمع صوتًا مدويًا من الاصطدام ينتقل عبر طول الحزمة بالكامل. إذا كانت البيئة المحيطة هادئة بما فيه الكفاية ولا تتداخل الضوضاء الخارجية ، فمن الممكن حتى سماع دقات الساعة المتصلة بالطرف المقابل من خلال الشريط. ينتقل الصوت جيدًا أيضًا من خلال قضبان أو عوارض حديدية ، عبر أنابيب من الحديد الزهر ، عبر التربة. عند وضع أذنك على الأرض ، يمكنك سماع صرخة أقدام الخيول قبل أن تصل في الهواء بوقت طويل ؛ وتسمع أصوات طلقات المدفع بهذه الطريقة من مدافع بعيدة لا تصل دويها عبر الهواء على الإطلاق. المواد الصلبة المرنة تنقل الصوت جيدًا ؛ تقوم الأنسجة الرخوة ، والمواد الفضفاضة وغير المرنة بنقل الصوت بشكل سيئ للغاية من خلال نفسها - فهي "تمتصه". لهذا السبب يعلقون ستائر سميكة على الأبواب إذا كانوا يريدون منع الصوت من الوصول إلى الغرفة المجاورة. السجاد والأثاث المنجد واللباس يؤثر على الصوت بطريقة مماثلة.
هذا النص هو قطعة تمهيدية.من الكتاب أحدث كتابحقائق. المجلد 3 [الفيزياء والكيمياء والتكنولوجيا. التاريخ وعلم الآثار. متنوع] مؤلف كوندراشوف أناتولي بافلوفيتش من كتاب الفيزياء في كل خطوة مؤلف بيرلمان ياكوف إيزيدوروفيتشسرعة الصوت هل سبق لك أن شاهدت حطابًا يقطع شجرة من مسافة بعيدة؟ أو ربما شاهدت نجارًا يعمل عن بعد ، يطرق في الأظافر؟ ربما لاحظت شيئًا غريبًا جدًا هنا: لا تسمع الضربة عندما تضرب الفأس شجرة أو
من كتاب الحركة. حرارة مؤلف Kitaygorodsky الكسندر ايزاكوفيتشقوة الصوت كيف يضعف الصوت مع المسافة؟ سيخبرك الفيزيائي أن الصوت يخفف "عكسياً مع مربع المسافة". وهذا يعني ما يلي: من أجل سماع صوت الجرس على مسافة ثلاثية بصوت عالٍ مثل مسافة واحدة ، فأنت بحاجة إلى ذلك في وقت واحد
من كتاب نيكولا تيسلا. محاضرات. مقالات. بواسطة تسلا نيكولاسرعة الصوت لا تخف من الرعد بعد وميض البرق. لا بد أنك سمعت عنها. و لماذا؟ الحقيقة هي أن الضوء ينتقل أسرع من الصوت بشكل لا يضاهى ، على الفور تقريبًا. يحدث الرعد والبرق في نفس اللحظة ، لكننا نرى البرق في الداخل
من كتاب للفيزيائيين الشباب [تجارب وترفيه] مؤلف بيرلمان ياكوف إيزيدوروفيتشجرس الصوت لقد رأيت كيف يتم ضبط الجيتار - يتم سحب الوتر على الأوتاد. إذا تم اختيار طول الوتر ودرجة الشد ، فسيصدر الوتر ، إذا تم لمسه ، نغمة محددة للغاية. ومع ذلك ، إذا كنت تستمع إلى صوت الوتر عن طريق لمسه في أماكن مختلفة -
من كتاب ما يروي النور مؤلف سوفوروف سيرجي جورجييفيتشالطاقة الصوتية جميع جزيئات الهواء المحيطة بجسم السبر تكون في حالة تذبذب. كما اكتشفنا في الفصل الخامس ، فإن نقطة المادة التي تتأرجح وفقًا لقانون الجيب لها طاقة كلية محددة وغير متغيرة. عندما تتجاوز نقطة التذبذب الموضع
من كتاب كيف نفهم قوانين الفيزياء المعقدة. 100 تجربة بسيطة وممتعة للأطفال وأولياء أمورهم مؤلف ديمترييف الكسندر ستانيسلافوفيتشتوهين الصوت مع المسافة من جهاز السبر تنتشر موجة صوتية بالطبع في جميع الاتجاهات ، فلنرسم عقليًا مجالين من أنصاف أقطار مختلفة بالقرب من مصدر الصوت. بالطبع ، ستمر الطاقة الصوتية التي تمر عبر الكرة الأولى أيضًا عبر الكرة الكروية الثانية
من كتاب بين النجوم: العلم وراء الكواليس مؤلف ثورن كيب ستيفنانعكاس الصوت في هذا القسم ، سنفترض أن طول الموجة الصوتية صغير بما يكفي ، 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
من كتاب المؤلفاكتشاف خصائص غير متوقعة للغلاف الجوي - تجارب غريبة - نقل الطاقة الكهربائية على سلك واحد دون إرجاع - الإرسال عبر الأرض دون أسلاك على الإطلاق. طاقة كهربائية
من كتاب المؤلفنقل 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 -
من كتاب المؤلف من كتاب المؤلفنقل 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.
من كتاب المؤلف48 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
من كتاب المؤلف30. 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
من كتاب المؤلفالفصل 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
من كتاب المؤلفالفصل 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
تشمل القوانين الأساسية لانتشار الصوت قوانين انعكاسه وانكساره عند حدود الوسائط المختلفة ، وكذلك حيود الصوت وتشتته في وجود عوائق وعدم تجانس في الوسط وعند الواجهات بين الوسائط.
تتأثر مسافة انتشار الصوت بعامل امتصاص الصوت ، أي النقل غير القابل للانعكاس لطاقة الموجة الصوتية إلى أنواع أخرى من الطاقة ، على وجه الخصوص ، إلى حرارة. عامل مهمهو أيضًا اتجاه الإشعاع وسرعة انتشار الصوت ، والذي يعتمد على الوسط وحالته الخاصة.
تنتشر الموجات الصوتية من مصدر صوتي في جميع الاتجاهات. إذا مرت موجة صوتية عبر ثقب صغير نسبيًا ، فإنها تنتشر في جميع الاتجاهات ، ولا تدخل في حزمة موجّهة. على سبيل المثال ، تُسمع أصوات الشارع التي تخترق نافذة مفتوحة إلى غرفة في جميع نقاطها ، وليس فقط مقابل النافذة.
تعتمد طبيعة انتشار الموجات الصوتية عند عائق ما على النسبة بين أبعاد العائق وطول الموجة. إذا كانت أبعاد العائق صغيرة مقارنة بطول الموجة ، فإن الموجة تتدفق حول هذا العائق ، منتشرة في جميع الاتجاهات.
الموجات الصوتية ، التي تخترق من وسط إلى آخر ، تنحرف عن اتجاهها الأصلي ، أي أنها منكسرة. يمكن أن تكون زاوية الانكسار أكبر أو أقل من زاوية السقوط. يعتمد ذلك على الوسيط الذي يأتي منه الصوت. إذا كانت سرعة الصوت في الوسط الثاني أكبر ، فإن زاوية الانكسار ستكون أكبر من زاوية السقوط ، والعكس صحيح.
عند مواجهة عقبة في طريقها ، تنعكس الموجات الصوتية منه وفقًا لقاعدة محددة بدقة - زاوية الانعكاس تساوي زاوية السقوط - يرتبط مفهوم الصدى بهذا. إذا انعكس الصوت من عدة أسطح على مسافات مختلفة ، تحدث أصداء متعددة.
ينتشر الصوت في شكل موجة كروية متباعدة تملأ حجمًا أكبر من أي وقت مضى. مع زيادة المسافة ، تضعف اهتزازات جسيمات الوسط ، ويتبدد الصوت. من المعروف أنه من أجل زيادة مسافة الإرسال ، يجب تركيز الصوت في اتجاه معين. عندما نريد ، على سبيل المثال ، أن نُسمع ، نضع أيدينا على أفواهنا أو نستخدم لسان حال.
تأثير كبيريؤثر الانعراج ، أي انحناء أشعة الصوت ، على مسافة انتشار الصوت. كلما كان الوسط غير متجانس ، زاد ثني حزمة الصوت ، وبالتالي ، كانت مسافة انتشار الصوت أقصر.
انتشار الصوت
يمكن أن تنتشر الموجات الصوتية في الهواء والغازات والسوائل والمواد الصلبة. لا تتشكل الأمواج في الفضاء الخالي من الهواء. يمكن رؤية هذا بسهولة من تجربة بسيطة. إذا تم وضع جرس كهربائي تحت غطاء محكم يتم إخلاء الهواء منه ، فلن نسمع أي صوت. ولكن بمجرد امتلاء الغطاء بالهواء يحدث الصوت.
تعتمد سرعة انتشار الحركات التذبذبية من الجسيم إلى الجسيم على الوسيط. في العصور القديمة ، وضع المحاربون آذانهم على الأرض وبالتالي اكتشفوا سلاح فرسان العدو في وقت أبكر بكثير مما بدا في الأفق. وكتب العالم الشهير ليوناردو دافنشي في القرن الخامس عشر: "إذا كنت ، في البحر ، أنزلت فتحة الأنبوب في الماء ، ووضعت الطرف الآخر لأذنك ، فسوف تسمع ضوضاء السفن البعيدة جدًا عن أنت."
تم قياس سرعة الصوت في الهواء لأول مرة في القرن السابع عشر بواسطة أكاديمية ميلانو للعلوم. تم تثبيت مدفع على أحد التلال ، وتم وضع نقطة مراقبة على الأخرى. تم تسجيل الوقت في كل من لحظة التصوير (بالفلاش) وفي لحظة استقبال الصوت. من المسافة بين مركز المراقبة والمدفع ووقت منشأ الإشارة ، لم يعد من الصعب حساب سرعة انتشار الصوت. اتضح أنها تساوي 330 مترًا في الثانية.
في الماء ، تم قياس سرعة انتشار الصوت لأول مرة في عام 1827 على بحيرة جنيف. كان قاربان أحدهما من الآخر على مسافة 13847 مترًا. في الأول ، تم تعليق الجرس أسفل القاع ، وفي الثانية ، تم إنزال مسامير (قرن) بسيط في الماء. في القارب الأول ، في نفس الوقت الذي تم فيه ضرب الجرس ، تم إشعال البارود ، على المراقب الثاني ، في لحظة الفلاش ، بدأ ساعة الإيقاف وبدأ في انتظار وصول إشارة الصوت من الجرس . اتضح أن الصوت ينتقل في الماء أسرع بأربع مرات منه في الهواء ، أي بسرعة 1450 مترًا في الثانية.
سرعة انتشار الصوت
كلما زادت مرونة الوسط ، زادت السرعة: في المطاط 50 ، وفي الهواء 330 ، وفي الماء 1450 ، وفي الفولاذ - 5000 متر في الثانية. إذا استطعنا ، نحن الذين كنا في موسكو ، أن نصرخ بصوت عالٍ بحيث يصل الصوت إلى بطرسبورغ ، فسنسمع هناك في غضون نصف ساعة فقط ، وإذا انتشر الصوت في الفولاذ على نفس المسافة ، فسيتم استقباله في دقيقتين. .
تتأثر سرعة انتشار الصوت بحالة نفس الوسيط. عندما نقول أن الصوت ينتقل في الماء بسرعة 1450 مترًا في الثانية ، فهذا لا يعني على الإطلاق ذلك في أي ماء وتحت أي ظروف. مع زيادة درجة حرارة وملوحة الماء ، وكذلك مع زيادة العمق ، وبالتالي الضغط الهيدروستاتيكي ، تزداد سرعة الصوت. أو خذ الفولاذ. هنا أيضًا ، تعتمد سرعة الصوت على كل من درجة الحرارة والتركيب النوعي للفولاذ: فكلما زادت كمية الكربون التي يحتويها ، زادت صعوبة انتقال الصوت فيه.
عند مواجهة عقبة في طريقها ، تنعكس الموجات الصوتية منه وفقًا لقاعدة محددة بدقة: زاوية الانعكاس تساوي زاوية السقوط. تنعكس الموجات الصوتية القادمة من الهواء بشكل كامل تقريبًا إلى أعلى من سطح الماء ، وتنعكس الموجات الصوتية القادمة من مصدر في الماء إلى أسفل منه.
الموجات الصوتية التي تخترق من وسط إلى آخر تنحرف عن موقعها الأصلي أي. تنكسر. يمكن أن تكون زاوية الانكسار أكبر أو أقل من زاوية السقوط. يعتمد ذلك على الوسيط الذي يخترق منه الصوت. إذا كانت سرعة الصوت في الوسط الثاني أكبر من الأولى ، فإن زاوية الانكسار ستكون أكبر من زاوية السقوط والعكس صحيح.
تنتشر الموجات الصوتية في الهواء على شكل موجة كروية متباعدة ، تملأ حجمًا أكبر باستمرار ، حيث تنتقل اهتزازات الجسيمات التي تسببها مصادر الصوت إلى الكتلة الهوائية. ومع ذلك ، مع زيادة المسافة ، تضعف اهتزازات الجسيمات. من المعروف أنه من أجل زيادة مسافة الإرسال ، يجب تركيز الصوت في اتجاه معين. عندما نريد أن يُسمعنا بشكل أفضل ، نضع راحة يدنا في أفواهنا أو نستخدم قرنًا. في هذه الحالة ، سيقل الصوت ، وستنتشر الموجات الصوتية أكثر.
مع زيادة سمك الجدار ، يزداد السونار عند الترددات المتوسطة المنخفضة ، لكن الرنين الصدفي "الخبيث" ، الذي يتسبب في اختناق السونار ، يبدأ في الظهور بترددات منخفضة ويلتقط مساحة أكبر منها.
حقائق مثيرة للاهتمام: أين ينتقل الصوت بشكل أسرع؟
أثناء العاصفة الرعدية ، يظهر وميض البرق لأول مرة ، وبعد فترة قصيرة فقط تسمع صواعق الرعد. يحدث هذا التأخير بسبب حقيقة أن سرعة الصوت في الهواء أقل بكثير من سرعة الضوء القادم من البرق. من الغريب أن نتذكر أي صوت متوسط ينتشر الأسرع وأين لا ينتشر على الإطلاق؟
أجريت التجارب والحسابات النظرية لسرعة الصوت في الهواء منذ القرن السابع عشر ، ولكن بعد قرنين فقط ، توصل العالم الفرنسي بيير سيمون دي لابلاس إلى الصيغة النهائية لتحديدها. تعتمد سرعة الصوت على درجة الحرارة: مع زيادة درجة حرارة الهواء تزداد ، ومع انخفاضها تنخفض. عند 0 درجة ، تكون سرعة الصوت 331 م / ث (1192 كم / س) ، عند + 20 درجة فهي بالفعل 343 م / ث (1235 كم / س).
سرعة الصوت في السوائل بشكل عام أكبر من سرعة الصوت في الهواء. أجريت تجارب لتحديد السرعة لأول مرة على بحيرة جنيف عام 1826. ركب اثنان من علماء الفيزياء القوارب وافترقا لمسافة 14 كم. في أحد القوارب أشعلوا النار في البارود وفي نفس الوقت ضربوا جرسًا تم إنزاله في الماء. تم التقاط صوت الجرس بمساعدة قرن خاص ، تم إنزاله أيضًا في الماء ، على متن قارب آخر. تم تحديد سرعة الصوت في الماء من الفاصل الزمني بين وميض الضوء ووصول الإشارة الصوتية. عند درجة حرارة + 8 درجة ، اتضح أنها 1440 م / ث تقريبًا. يؤكد الأشخاص الذين يعملون في الهياكل تحت الماء أن أصوات الشاطئ مسموعة بوضوح تحت الماء ، ويعرف الصيادون أن الأسماك تسبح بعيدًا عند أدنى ضوضاء مريبة على الشاطئ.
سرعة الصوت في المواد الصلبةأكثر من السوائل والغازات. على سبيل المثال ، إذا وضعت أذنك على سكة حديدية ، فبعد الاصطدام بالطرف الآخر من السكة ، سيسمع الشخص صوتين. سوف "يأتي" أحدهما إلى الأذن على طول السكة ، والآخر - عبر الهواء. الأرض موصلية جيدة للصوت. لذلك ، في العصور القديمة ، أثناء الحصار ، تم وضع "المستمعين" في جدران الحصن ، والذين ، من خلال الصوت الذي تنتقله الأرض ، يمكنهم تحديد ما إذا كان العدو يحفر إلى الجدران أم لا ، كان الفرسان يندفعون أم لا. بالمناسبة ، بفضل هذا ، يمكن للأشخاص الذين فقدوا سمعهم أحيانًا الرقص على الموسيقى التي تصل إلى أعصابهم السمعية ليس من خلال الهواء والأذن الخارجية ، ولكن من خلال الأرض والعظام.
سرعة الصوت هي سرعة انتشار الموجات المرنة في وسط ، سواء في الطول (في الغازات أو السوائل أو المواد الصلبة) ، وفي العرض العرضي ، القص (في المواد الصلبة) ، تحددها مرونة الوسط وكثافته. سرعة الصوت في المواد الصلبة أكبر منها في السوائل. في السوائل ، بما في ذلك الماء ، ينتقل الصوت أسرع بأربع مرات منه في الهواء. تعتمد سرعة الصوت في الغازات على درجة حرارة الوسط ، في بلورات مفردة - على اتجاه انتشار الموجة.