محتويات
خصائص الموجات الصوتية
ما الموجات الصوتية؟ وما خصائصها؟
الموجات الصوتية Acoustic waves هي مجموعة تذبذُبات واهتزازات تَصل إلى أُذن الكائن الحي عبرَ وسط ناقل كالهواء مثلًا، وعند دراسة سلوك هذه الموجات فإنها عبارة عن طيف صوتي ينضغط ويتمدَّد بشكل دوري مشابه لسلوك اقترانات الجيب المُثلثية، وهذه الموجات لا تستطيع الإنتقال في الفراغ، وذلك لأنها عبارة عن اهتزاز لجزيئات الوسط الناقل، تُصنف الموجات الصوتية على أنها موجات طٌوليَّة أو ضغطيَّة، بحيث تنتشر في الوسط بشكل طولي وموازٍ لإتجاه انتقال المَوجة،[١] وفيما يأتي خصائص الموجات الصوتية:
الطول المَوجي
يعرف الطول المَوجي wavelength بأنه طول الموجة الصوتية الواحدة ويُشار له بالرمز λ "لمدا"، وهو المسافة بين نقطتين مُتطابقتين مُتتاليتين للطيف الموجي، وبما أنه وحدة طول فهو يُقاس بالمتر، ويُحدد عادة بين قمَّتين أو قاعين متتاليين للموجة، حيث إن القمة تمثل انضغاط الموجات، بينما يمثل القاع تمدد الموجات.[٢]
السعة
تُعبر سعة الموجة wave amplitude عن مقدار التغيُّر في قيمة الضغط عن قيمته المَوضعية عند عدم تواجد موجات صوتية، وهي وحدة ضغط تُقاس بالباسكال، وتُحدد السعة شدة الموجة الصوتية ومقدار الطاقة التي تحملها هذه الموجة، فكلما زادت سعة الموجة تزداد شدتها وطاقتها.[٣]
التكرار
ينتج تكرار أو انعكاس الموجات الصوتية reflection نتيجة اصطدام الموجات الصوتية بحاجز لا يَسمح بمرورها, وينعكس الصوت عن الحاجز بنفس زاوية اصطدامه به، وعادًة لا تستطيع أُذن الإنسان تمييز هذه الظاهرة إلا في حال تأخُّر وصول الموجات الصوتية للأذن لمدة تزيد عن 1/15 من الثانية ويُطلَق عليها الصدى، يستفيد من هذه الظاهرة بعض الكائنات الحية مثل الخفاش حيث يُحدد من خلالها بُعد الأشياء المحيطة به اعتمادًا على الزمن الذي تعود فيه الموجات المُنعكسة إلى جسمه.[٤]
الزمن
يتم التعبير عن الزمن الذي تحتاجه موجة صوتية واحدة لعبور نقطة ما بالدورة period ويشار لها بالرمز T، وتُقاس بالثانية، ونظرًا للزمن القَصير لدورة الموجة الصوتية بقيمة لا تتعدى الأجزاء من الثانية يوجد متغير آخر يتم استخدامه للتعبير عن الزمن وهو التردد frequency ويُشار له بالرمز f، ورياضيًا يعتبر مقلوب الدورة، وهو عدد الموجات الصوتية التي تمر بنقطة ما خلال الثانية الواحدة، ووحدة قياسه الهرتز.[٥]
السرعة
تعتمد سرعة الموجات الصوتية speed والتي يُشار لها بالرمز S على عاملين أساسيين: مٌرونة الوسط الناقل وكثافته، فكلما زادت مرونة الوسط وقلَّت كثافته تزداد سرعة الصوت، وتتأثر ايضًا سرعة الصوت بدرجة حرارة الوسط وذلك لأنها تُؤَثِّر على كثافته، وبشكل عام فإن سرعة الصوت أعلى ما تكون في الأوساط الصلبة تليها السائلة ثم الغازيَّة.[٦]
تَصل سرعة الموجات الصوتية في الحديد إلى 14 ضعف سرعتها في الهواء، وتختلف أيضا الأوساط الغازية في سرعة الصوت فيها، حيث أن سرعة الصوت في غاز الهَيدروجين تصل 4 أضعاف سرعه في الهواء الطبيعي، وذلك لأن كثافة غاز الهيدروجين أَقل.[٧]
تُعرَف الموجات الصوتية بأنها اهتزاز جزيئات الوسط الناقل، وتعتبر موجات طولية، وتتميز بخصائص عديدة تساعدنا على فَهم سلوكها كالطول الموجي والتردد والسرعة.
ما العلاقة بين السرعة والتردد والطول الموجي للموجة؟
تُعتبر الموجات الصوتية ظاهرة فيزيائية، وبالتالي ينطبق عليها قانون السرعة الذي يربط المَسافة مع الزمن، وتُمثل المُعادلة التالية قانون السرعة:[٨]
السرعة (متر/ثانية) = المسافة (متر) ÷ الزمن (ثانية)
ومن خلال القانون السابق يمكن استنتاج العلاقة بين السرعة والتردد والطول الموجي للموجة، حيث إن الطول الموجي يعتبر المسافة التي تقطعها الموجة الصوتية، والدورة تمثل الزمن، وإذا ما تم استبدال مقلوب التردد بالدورة تصبح معادلة قانون السرعة كالآتي:[٩]
السرعة(متر/ثانية) = الطول الموجي(متر) ÷ الدورة(ثانية) وبالرموز S = λ/T
السرعة(متر/ثانية) = الطول الموجي(متر) × التردد(هرتز) وبالرموز S = λf
تَخضع الموجات الصوتية لقانون السرعة، فالعلاقة طَردية بين السرعة والطول الموجي، وعَكسية بين السرعة والدورة.
مميزات الموجات الصوتية
ما أهم مميزات الموجات الصوتية؟
تتميز الموجات الصوتية كغيرها من الموجات الطُّوليَّة بالعديد من المُمَيزات أثناء انتقالها في الأوساط، وفيما يأتي أهم مميزات الموجات الصوتية:
التشتت
ويُعرف التشتت acoustic dispersion بانفصال الموجة الصوتية إلى مُركبات مختلفة من الموجات الصوتية، بحيث يَختلف تردد كل منها عن الأخرى عند دُخولها إلى وَسط معيَّن، ونتيجة إنفصالها تتغير سرعة انتقال كل منها حسب تَردُّدها.[١٠]
الانكسار
يحدث الانكسار refraction عند انتقال الموجات الصوتية من وسط إلى وسط آخر، وتَظهر هذه الخاصيَّة في المنطقة الفاصلة بين الوسَطين، فنتيجًة لإختلاف الخصائص الفيزيائية للوسط الأول عن الوسط الثاني من كثافة ومُرونة سيطرأ تغيير على سرعة الموجات الصوتية، فتتغير زاوية دُخول الموجات الصوتية، مما يؤدي إلى انحرافها.[١١]
التشتت والإنكسار من أهم مميزات الموجات الصوتية باعتبارها موجات طولية.
المراجع[+]
- ↑ David Wood, "What are Sound Waves? - Definition, Types & Uses", Study, Retrieved 2020-11-17.
- ↑ David Wood, "What are Sound Waves? - Definition, Types & Uses", Study, Retrieved 2020-11-17.
- ↑ Richard E.Berg (2020-11-04), "Sound", Britannica, Retrieved 2020-11-17.
- ↑ "Sound", howstuffworks, Retrieved 2020-11-17.
- ↑ Richard E.Berg (2020-11-04), "Sound", Britannica, Retrieved 2020-11-17.
- ↑ "Sound", howstuffworks, Retrieved 2020-11-17.
- ↑ "Sound", howstuffworks, Retrieved 2020-11-17.
- ↑ "Speed and Velocity: Concepts and Formulas", study, Retrieved 2020-11-18. Edited.
- ↑ Richard E.Berg (2020-11-04), "Sound", Britannica, Retrieved 2020-11-17.
- ↑ "Acoustic Dispersion", American Meteorological society, 2012-01-25, Retrieved 2020-11-17.
- ↑ "Sound", howstuffworks, Retrieved 2020-11-17.
