من الممكن أن يتم تعريف الصوت على أنه الاهتزاز الذي يتم حدوثه في أي وسط مادي، ومن الأمثلة على هذه الأوساط الماء والهواء، وسرعة الموجات الصوتية تختلف على حسب نوعية الوسط الذي سوف تقوم موجة الصوت بالانتشار أو بالتنقل فيه، ومن خلال هذا المقال سوف نقوم بالتعرف على الصوت وكيفية قياس سرعته وعلى الوسط الذي تكون سرعة الضوء فيه أكبر ما يمكن.
ما هو التعريف الخاص الصوت؟
يكون الصوت عبارة عن موجات طولية وميكانيكية، تكون هذه الأمواج هي الأمواج التي تعمل على الانتقال من خلال أي وسط مادي، حيث إنها لا يمكن أن تنتقل أو تنتشر بدون الأوساط المادي وهذا التعريف يكون في علم الفيزياء.
عندما يصل هذا الاهتزاز إلى مستقبل مثل أذن جسم الإنسان فإنه من الممكن أن يتم إدراكه، وذلك عن طريق الحاسة التي تخص السمع.
من الممكن أن يتم تصنيف الأمواج الميكانيكية على حسب انتقالها في الأوساط إلى نوعين، والنوع الأول هو الأمواج الطولية التي يكون اتجاه انتقالها في الأوساط موازيًا للاتجاه الخاص بالاهتزاز، أما بالنسبة للنوع الثاني فهو الأمواج المستعرضة التي يكون اتجاه انتقالها عموديًا على الاتجاه الذي يخص اهتزازها.
بعض المعلومات العامة التي تخص سرعة الصوت
- يتم اعتماد سرعة الصوت في كل الأوساط التي تكون مادية بشكل رئيسي على عدد من الخصائص، ومن الأمثلة على هذه الخصائص هي الخصائص التي تتعلق بالمرونة وخصائص القصور.
- الخصائص التي تتعلق بالقصور من الممكن أن تساهم في التأثير على سرعة الصوت بشكل كبير، حيث إن عندما يزداد التفاعل الخاص بذرات المادة والجزيئات مع بعضها البعض فإن سرعة الصوت تزداد في هذا الوسط.
- سرعة الصوت في الأوساط المادية الصلبة تكون أكبر ما يمكن فيها، بينما تكون هذه السرعة في الأوساط المادية الغازية أقل ما يمكن فيها، أما بالنسبة لسرعة الصوت في الأوساط المادية السائلة فتكون وسط، أي تكون بين سرعته في الأوساط المادية الغازية والصلبة.
- خصائص القصور هي الخصائص التي تكون مسيطرة في حالة المقارنة بين سرعات الصوت في الطور الواحد، ومن الأمثلة على هذه المقارنة هي مقارنة السرعة التي تخص الصوت في وسطين ماديين غازين ومختلفين.
- تكون خاصية الكثافة من خصائص القصور التي تؤثر على السرعة التي تخص الصوت، حيث إن الكثافة تتناسب تناسبًا عكسيًا مع السرعة التي تخص الصوت، فتزداد هذه السرعة عندما تقل الكثافة، وتقل هذه السرعة عندما تزداد الكثافة.
- تكون السرعة الخاصة بالصوت أكبر ما يمكن في الأوساط التي تكون كثافتها أقل ما يمكن، فإذا تمت المقارنة بين السرعة الخاصة بالصوت في الهواء وسرعته في غاز الهيليوم فسوف نجد أن هذه السرعة تكون أصغر في الهواء وذلك بسبب زيادة كثافة الهواء بالنسبة بغاز الهيليوم.
ما هي السرعة التي تخص الصوت في الهواء؟
- يتم اعتماد سرعة الصوت في الهواء بشكل رئيسي على درجة الحرارة التي تخص الهواء، ويتم اعتمادها أيضًا على النسبة الخاصة بالرطوبة في الهواء (بخار الهواء الذي يكون موجودًا في الهواء) ولكن بشكل ثانوي.
- تتحكم نسبة بخار الهواء الذي يكون موجودًا في الهواء في خاصية القصور للوسط الذي يتحمل عليه الموجة الخاصة بالصوت وهي خاصية الكثافة.
- يتم اعتبار درجة الحرارة أنها من العوامل التي تعمل على التأثير في سرعة الصوت بدرجة كبيرة، وذلك لأنها تؤثر في التفاعل الذي يخص جزيئات الوسط، ودرجة الحرارة واحدة من الخصائص التي تخص المرونة والتي تؤثر بشكل كبير على الصوت وسرعته.
- من الممكن أن يتم حساب السرعة التي تخص الصوت في الهواء الذي يكون جافًا عند المستوى العادي من الضغط الجوي، وذلك عن طريق العلاقة الآتية ع = 331 + (0.6 × د)، حيث إن الرمز “ع” يقوم بالتعبير عن السرعة التي تخص الصوت، أما بالنسبة للرمز “د” فهو يقوم بالتعبير عن درجة الحرارة في الهواء.
- ومن العلاقة التي ذكرناها في النقطة السابقة فإن من خلالها من الممكن أن نتنبأ بالسرعة التي تخص الصوت في الهواء، وذلك في الظروف التي تكون معيارية وهي (درجة الحرارة في الهواء 20 درجة س، والضغط الجوي يكون طبيعيًا)، وسرعة الصوت تكون 343 م/ث في هذه الظروف.
كيف يمكننا أن نقوم بحساب السرعة التي تخص الصوت؟
- من الممكن أن نعمل على حساب السرعة التي تخص أي شيء، وذلك من خلال معرفة طول المسافة التي قطعها هذا الشيء، كما يجب أن نعرف أيضًا الزمن الذي استغرقه هذا الشيء في قطع مسافة ما، وعندما نعمل على قياس المسافة والزمن نقوم بقسمتهم، وناتج هذه القسمة يكون هو سرعة هذا الشيء.
- الطريقة التي قمنا بذكرها في النقطة السابقة من الممكن أن نقوم باستخدامها لتحديد سرعة الموجات الصوتية، ولكن لكي يكون الأمر أكثر وضوحًا فيجب أن نعرف خاصيتين من الخصائص التي تخص موجات الصوت، وهما التردد والطول الموجي.
- التردد هو مقلوب الزمن، والطول الموجي يكون مسافة، وبالتالي فإننا من الممكن أن نضرب الطول الموجي والتردد مع بعضهما حتى نتمكن من الحصول على سرعة الصوت، وذلك لأننا قمنا بالحصول على مسافة ومقسومة على الزمن، وفي الأساس هذا يكون تعريف السرعة.
- من الممكن أن نقوم بحساب السرعة التي تخص الموجات الصوتية وذلك من خلال العلاقة الرياضية التالية (ع = λ × ت د)، حيث إن الرمز “ع” يقوم بالتعبير عن السرعة التي تخص الموجة الصوتية، أما بالنسبة للرمز ” λ” فهو يقوم بالتعبير عن الطول الموجي، وبالنسبة للرمز “ت د” فيقوم بالتعبير عن تردد هذه الموجة.
- من الممكن أن يتم حساب السرعة التي تخص الموجات الصوتية وذلك من خلال أن نقوم بالاعتماد على المعادلة التي تخص نيوتن-لابلاس، وهذه المعادلة تعمل على اخبارنا بأننا نقوم بتقسيم المعامل الخاص بالحجم على كثافة الوسط الذي يقوم السوط الانتشار أو الانتقال من خلاله.
- وناتج القسمة التي توجد في معادلة نيوتن-لابلاس سوف يقوم بجعلنا نحصل على مربع السرعة التي تخص الموجات الصوتية التي يتواجد في هذا الوسط.
- معادلة نيوتن-لابلاس تكون على الشكل التالي (ع2 = مح /م)، حيث إن الرمز “ع2” يقوم بالتعبير عن السرعة التي تخص الموجة الصوتية، أما بالنسبة للرمز “مح” فهو يقوم بالتعبير عن معامل الحجم، وبالنسبة للرمز “م” فيقوم بالتعبير عن الكثافة الخاصة بالوسط.
بعض المعلومات التي تخص الطول الموجي
- من الممكن أن يتم تعريف الطول الموجي على أنه المسافة التي تكون بين نقطتين على الموجة متماثلتين ومتتاليتين، مثل قولنا المسافة بين قاعين متتالين أو قمتين متتالين، فهذه المسافة تكون الطول الموجي.
- يتم قياس الطول الموجي عن طريق وحدات الطول، وإذا قمنا بقياسه عن طريق النظام العالمي للوحدات فإننا سوف نستخدم وحدة معينة وهي متر.
- من الجدير بالذكر أن الطول الموجي الكامل يكون موجة واحدة، أما بالنسبة للتردد فهو العدد الذي يخص الموجات التي تقوم بالعبور على نقطة معينة في وحدة الزمن، ومقلوب الزمن هو التردد، ويتم قياسه بوحدة 1/ث أو التي يطلق عليها الهيرتز.
في نهاية هذا المقال نكون قد تعرفنا على بعض المعلومات الخاصة بسرعة الصوت، ونتمنى من الله أن يكون هذا المقال قد نال إعجابكم وأن نكون قد أضفنا لكم بعض المعلومات الجديدة.
