الدرس الأول
الفكرة الرئيسة :
إن الموجات الصوتية عبارة عن تغيرات في الضغط تنتقل في صورة موجات طولية ويمكن أن تستشعر أذن الإنسان الكثير منها .
نسمع أصواتاً كثيرة من حولنا ، ونصدر نحن بدورنا أصواتاً مختلفة . فلماذا نصدر الأصوات ؟ وماذا نستفيد منها ؟
الصوت من أهم وسائل الاتصال والتواصل بين البشر ، بالإضافة إلى وسائل الاتصال الاخرى مثل الإشارات والرموز . .�إن الصوت يحيط بنا طوال الوقت ، فقد نصحو في الصباح الباكر على جرس ساعة التنبيه أو على شقشقة العصافير ، وخلال اليوم نسمع الى كل انواع الاصوات مثل صلصة أواني المطبخ وازيز حركة المرور وأصوات الناس عندما نتهيأ للنوم ليلا قد نسمع نقيق الضفادع أو حفيف الرياح
أن كل صوت من هذه الاصوات تحدثه اهتزازت جسم. ما فعندما يهتز الجسم فإنه يجعل الهواء المحيط به يهتز. تنتشر الاهتزازات في كل الاتجاه مبتعدة عن المصدر .وعندما تدخل الاهتزازات آذاننا تنتقل الى الدماغ الذي بترجمتها الى اصوات.
0
الموجات الصوتية
يعتبر الصوت شيئًا أساسيًا في حياة الإنسان والعديد من المخلوقات الحية الأخرى،
ثمة العديد من خصائص الصوت
المألوفة لديك في حياتك اليومية ومنها
مستوى الصوت ونغمته وطبقته.
تُعدّ بعض أنماط الصوت من ميزات الكلام، في حين يُعتبَر بعضها من ميزات فرقة
موسيقية معينة.
أهمية الصوت -: يستخدم الصوت كوسيلة اتصال وتواصل في حالات كثيرة منها :
١- التفاهم والتخاطب ٢- التعبير عن المشاعر المختلفة مثل الفرح ، الحزن ، الغضب. ٣- التسلية والترفيه والاستمتاع: صوت الآلات الموسيقية. ٤- التنبيه والتحذير: كصوت الجرس أو صوت زامور السيارة. ٥- الإعلان والمناداة . ٦- التعرف على الأشياء: مثل صوت خرير الماء ، بوق الشاحنة ، نقيق الضفدع ، صوت الصواريخ.
4- وعندما تتحرك الحافة إلى الخلف، ترتد جزيئات الهواء عن الجرس بسرعة متجهة أقل.
خصائص وكشف الصوت
1- ضع أصابعك على حنجرتك وأنت تهمهم أو تتكلم. هل تشعربالاهتزازات؟
2- اهتزاز الجرس يشبه اهتزاز احبالك الصوتية أو مكّبر صوت(مسجّل) أو أي مصدر آخر للصوت.
3- وعندما يهتز الجرس إلى الخلف والأمام، تصطدم حافة الجرس بجزيئات الهواء، فتدفع جزئيات الهواء إلى الأمام عندما تتحرّك الحافة إلى الأمام، بمعنى أنّ جزئيات الهواء ترتد عن الجرس بسرعة متجهة أكبر من السرعة المتجهة لارتدادها في حالة عدم تحرك الجرس.
ضغط مرتفع
ضغط منخفض
4- وإذا ركزت على بقعة واحدة، فستجد أنّ مستوى ضغط الهواء يرتفع وينخفض
وبهذه الطريقة، تنتقل تغيّرات الضغط عبر المادة
1- تُشكِّل حركة الجرس إلى الأمام منطقة يكون فيها ضغط الهواء أعلى قليلً من المتوسط،
2-وتُشكِّل الحركة إلى الخلف منطقة ذات ضغط أقل قليلً من المتوسط.
3- تؤدي التصادمات بين جزيئات الهواء إلى انتقال تغيرات الضغط بعيدًا عن الجرس في الاتجاهات كلها.
ضغط مرتفع
ضغط منخفض
خصائص وكشف الصوت
لكي يسهل استيعاب الموجات الصوتية والتعامل معها بطريقة رياضية يتم التعبير عنها عادة عن طريق منحنيات موجية .
حيث تُمثل النقاط المرتفعة من الموجة الضغط المرتفع في الوسط .
والنقاط المنخفضة الضغط المنخفض .
تعتمد خصائص الصوت الأساسية على خصائص هذه المنحنيات .
وهنا يجب أن نتذكر أن هذه المنحنيات غير مطابقة للواقع فهي منحنيات ثنائية الأبعاد.
في حين أن الصوت هو عبارة عن موجة ضغط تنتقل في وسط ثلاثي الأبعاد .
ولكن هذه المنحنيات تساعد على دراسة الصوت وتحليليه والتعبير عنه بطريقة جيدة .
ضغط منخفض
ضغط مرتفع
ويُعدّ الصوت موجة طولية لأن حركة الجزيئات في الهواء موازية لاتجاه حركة الموجة.
وصف الصوت
Description of sound
يُطلَق على انتقال التذبذبات( الاهتزازات) الناتجة عن تغيرات الضغط عبر المادة اسم الموجة الصوتية.
كيف تنتقل الموجات الصوتية عبر الهواء
مصدر الاهتزاز يُنتِج اهتزازات أو تذبذبات منتظمة في ضغط الهواء، فتتصادم جزئيات الهواء وتنقل تغير الضغط بعيدًا عن مصدر الصوت.
تردد الموجة عدد الذبذبات ( الاهتزازات) في الضغط في كل ثانية، (يحددها مصدر الاهتزاز)
طول الموجة المسافة بين المناطق المتتالية للضغط المرتفع أو المنخفض. (يحددهامصدر الاهتزاز)
الإزاحة
ويُعدّ الصوت موجة طولية لأن حركة الجزيئات في الهواء موازية لاتجاه حركة الموجة.
وصف الصوت
Description of sound
يُطلَق على انتقال التذبذبات الناتجة عن تغيرات الضغط عبر المادة اسم الموجة الصوتية.
سعة الموجة
هي شدة أو قوة إشارة الموجة الصوتية ,ونستدل عليها في المنحنى الموجي من خلال ارتفاع الموجة .
وكلما زاد ارتفاع الموجة كان الصوت عالي أكثر.
( عندما ترفع صوت التلفاز مثلاً فإنك تزيد من سعة موجة الصوت الصادر منه )
نبرة الصوت لها علاقة بشدة الصوت وتردده
التأكد من فهم النص قدِّر سرعة الصوت عبر الهواء عند مستوى سطح البحر إذا كانت درجة الحرارة تصل إلى 250C
حيث تزداد سرعة الصوت بمعدل0.6 m/s لكل زيادة في درجة حرارة الهواء مقدارها°1C
وصف الصوت
Description of sound
وسرعة الصوت في الهواء الذي له درجة حرارة الغرفة 200C وضغط مساو للضغط الجوي عند مستوى سطح البحر، تساوي 343m/s
تعتمد سرعة الصوت على الوسط الذي ينتقل خلاله؛ (صلب ،سائل ،غاز)وتتغير سرعة الصوت في الهواء باختلاف درجة حرارته،
الطول الموجي
الطول الموجي
الضغط
لماذا يُعدّ الصوت موجة طولية؟ لأن حركة الجزيئات في الهواء موازية لاتجاه حركة الموجة.
يمثل نابض حلزوني لولبي
التذبذبات التي تُحدِثها موجة صوتية.
وبينما تنتقل الموجة الصوتية عبر الهواء، يرتفع ضغط
الهواء وينخفض، ويمكن استخدام منحنيات الجيبية للتعبير عن تغيرات الضغط. لاحظ أن المواقع Z,Y,X
تبين أنّ الموجة هي التي
تنتقل وليست المادة
وصف الصوت
Description of sound
لماذا لا يُمكِن للصوت أن ينتقل في الفراغ؟
لأنه لا توجد جسيمات لكي تتصادم وتنقل الموجات الصوتية.
وصف الصوت
Description of sound
تكون سرعة الصوت عمومًا في الأجسام الصلبة والسوائل أكبر منها في الغازات.لماذا؟
كلما كانت المسافة بين جزيئات الوسط الناقل أصغر كلما سهل نقل الاهتزاز من جزيئة إلى أخرى , وبالتالي وقت أقل لنقل الإشارة الصوتية من جزيئة لأخرى وسرعة صوت أكبر.
0
وصف الصوت
Description of sound
10- الكشف المبكر :في القرن التاسع عشر كان الأشخاص يضعون آذانهم على مسار السكة الحديدية ليسمعوا صوت القطار . لماذا كانت هذه الطريقة مجدية ؟
تكون السرعة للصوت في المواد الصلبة أكبر منها في الغازات. وبالتالي، تنتقل موجات الصوت بسرعة أكبر في قضبان السكك الحديدية مقارنة بسرعة انتقالها في الهواء،كما تساعد قضبان السكك الحديدية في تركيز الصوت، لذا فإنّه لا يتلاشى سريعًا كما يحدث في الهواء.
0
ويمكننا الاستفادة من معرفة الوقت اللازم لعودة الصدى إلى مصدر الصوت في إيجاد المسافة بين المصدر والجسم الذي انعكس عنه.
تنعكس الموجات الصوتية عن الأجسام الصلبة كجدران الغرفة مثلً، وتسمى الموجات الصوتية المنعكسة بالصدى.
وصف الصوت
Description of sound
تستفيد الخفافيش وبعض الكاميرات وبعض السفن التي تستخدم السونار من هذا المبدأ.
0
31 . إذا صرخت في وادٍ وسمعت صدى الصوت بعد مرور3.0s فما مقدار بعد حافة الوادي عنك؟ علماً بأن سرعة الصوت 343m/s
31. If you shout across a canyon and hear an echo 3.0 s later, how wide is the canyon? (Level 1)
3.0s هي زمن ذهاب الصوت ثم عودته
0
سماعة الطبيب يستخدم انعكاس الموجات وتضخيم التنفس.
0
وكما عرفت سابقًا فإنّ تردد الموجة
وطولها يرتبطان بسرعتها من خلال المعادلة التالية
وصف الصوت
Description of sound
يمكن أن تتداخل موجتان صوتيتان مما يتسبب في تكوين مناطق تُدعى مناطق الخفوت
عند التداخل الهدام حيث يكون الصوت عندها ضعيفًا جدًا. ومناطق التداخل البناء حيث يكون الصوت عندها عالي
0
الكشف عن موجات الضغط
Detection of pressure Waves
0
0
الكشف عن موجات الضغط
Detection of pressure Waves
ويتكوّن الميكروفون من قرص رقيق يهتز استجابة للموجات الصوتية، فينشأ عن ذلك إشارة كهربائية.
تُحوِّل مراقبات الصوت
الطاقة الصوتية - طاقة حركة الجزيئات المهتزة للوسط الذي يُنتقَل خلاله –
إلى شكل آخر من أشكال الطاقة.
يُعدّ الميكروفون أحد المراقبات
الشائعة حيث يحوّل الطاقة الصوتية
إلى طاقة كهربائية.
0
الكشف عن موجات الضغط
Detection of pressure Waves
4-وتُنشِّط هذه الشعيرات الخلايا العصبية التي ترسل بدورها نبضات إلى المخ وتولّد الإحساس بالصوت.
تُعدّ أذن الإنسان مراقبًا صوتيًا يستقبل
موجات الضغط( موجات الصوت ) ويُحوِّلها إلى نبضات كهربائية.
1-عندما تدخل الموجات الصوتية القناة
السمعية، يهتز الغشاء الطبلي الذي يُطلق عليه طبلة الأذن.
2- ثم تنقل ثلاث عظام صغيرة ( المطرقة والسندان والركاب )في الأذن الوسطى هذه الاهتزازات إلى سائل في القوقعة.
3- تلتقط شعيرات صغيرة تُبطِّن
القوقعة الحلزونية ترددات معيّنة في السائل المتذبذب.
0
لذا يتطلب فهم آلية عمل الأذن وتعقيداتها معرفة بعلم الفيزياء والأحياء.
الكشف عن موجات الضغط
Detection of pressure Waves
تستشعر الأذن الموجات الصوتية لمدى واسع من الترددات وهي حساسة لمدى كبير
جدًا من السعات.
وتستطيع حاسة السمع لدى الإنسان التمييز بين
العديد من الأنواع المختلفة للصوت.
ويُعدّ تفسير الأصوات في الدماغ أمرًا معقدًا ولم يُفهَم تمامًا.
وأُذُن الإنسان ليست حساسة بالتساوي للترددات كلها.
فلا يستطيع أغلب الأشخاص أن يسمعوا أصواتًا تقل تردداتها عن 20Hz
أو تزيد عن 16000Hz
0
0
إدراك الصوت
Perceiving Sound
تعتمد الطريقة التي يدرك بها الإنسان الصوت جزئيًا على الخصائص الفيزيائية
للموجات الصوتية مثل التردد والسعة.
تستخدم طبقة الصوت في الموسيقى بالسلم الموسيقي،
درجة (حدة)الصوت
طبقة الصوت التي نسمعها تعتمد على تردد الاهتزاز.
تُعرف حدة الصوت ( درجة الصوت ) بأنها ارتفاع الصوت أو انخفاضه.
وأُذُن الإنسان ليست حساسة بالتساوي للترددات كلها.
فلا يستطيع أغلب الأشخاص أن يسمعوا أصواتًا تقل تردداتها عن 20Hz
أو تزيد عن 16000Hz
فمثلاً يبلغ تردد النغمة المعروفة C وهي الطبقة الوسطى 262Hz
ويبلغ تردد أعلى نغمة على البيانو 4186Hz
معظم الحيوانات مثل القطط والفيلة والخفافيش تستطيع سماع الأصوات عند ترددات لا يستطيع الإنسان سماعها.
0
| موجات مسموعة | موجات تحت مسموعة | موجات فوق مسموعة |
التردد | 20Hz 20 000HZ | أقل من 20HZ | أكثر من 20 000HZ |
أمثلة | الانسان | الفيل 5HZ 10 000HZ | الكلاب والوطواط 50Hz 45000HZ |
تستخدم الموجات فوق الصوتية في تصوير الأجنة ؟
بسبب الانعكاس الجزئي للموجات الصوتية حين تبلغ السطح الفاصل بين مادتين مختلفتين في معامل الانكسار .فلا تضر بالجنين مثل الأشعة السينية ذات الطاقة العالية .
خصائص الموجات الصوتية
0
الموجات الصوتية
اكتب تحت كل رسم نوع الموجة
مسموعة او تحت مسموعة او فوق مسموعة
مسموعة
فوق مسموعة
تحت مسموعة
0
إدراك الصوت
Perceiving Sound
وشدة الصوت هي خاصية الصوت التي تدركها الأُذُن ويفسرها الدماغ،
وتعتمد شدة الصوت بشكل أساسي على سعة موجة الصوت
يُعدّ التردد وطول الموجة من الخصائص الفيزيائية للموجات الصوتية.
وتُعتبَر السعة خاصية فيزيائية أخرى للموجات الصوتية، والسعة هي مقياس لتغيّر الضغط
في الموجة.
شدَّة الصوت
تُعدّ أذن الإنسان شديدة الحساسية للتغيّرات في شدة الموجات الصوتية.
سعة الموجة ( هي أقصى إزاحة عن موضع الاتزان)
0
نظرًا إلى أنّ الإنسان يستطيع تحسس مدى واسع من درجات شدة الصوت،
تقاس شدة الصوت على مقياس لوغاريتمي يسمى مستوى الصوت، ووحدة قياس مستوى الصوت الأكثر شيوعاً هي ديسيبل dB
يعتمد مستوى الصوت على نسبة شدة موجة صوتية(I) إلى نسبة أضعف الأصوات المسموعة،(I0)
ويقاس أضعف صوت عند 0 dB
و يكون مستوى الصوت الذي تزيد شدته بمقدار عشرة أضعاف مساويًا20dB
ومستوى الصوت الذي تزيد شدته بمقدار عشرة أضعاف آخرى مساوياً 40dB
يدرك معظم الأشخاص زيادة قدرها 10dB
في مستوى الصوت وهو ما يعادل مثلي شدة الصوت الأصلي
إدراك الصوت
Perceiving Sound
9- مقياس الديسيبل: كم عدد المرات التي يزيدها مستوى ضغط الصوت المسموع في حفل صاخب (110dB) عن محادثة عادية (50dB) ؟
(يزداد مستوى ضغط الصوت بمقدار 10 أمثال مقابل كل زيادة في مستوى الصوت مقداره 20dB )وبناءً على ذلك فإن قيمة 60dB=110-50 تقابل زيادة بمقدار 1000=10x10x10 ضعف، في مستوى ضغط الصوت. ا
0
a- 100-80=20
- لكل 20dB يزداد الضغط بمعدل 10 ،
أي أنّ الضغط أكبر بمعدل 10 مرات.
b- 120-80=40
الضغط أكبر بمقدار 10X10=100 مرة .
40- الموسيقى : فرقة موسيقية تُنشد بصوت مستواه 80dB ما مقدار الزيادة في ضغط الصوت الصادر من فرقة موسيقية أخرى تعزف عند كل من مستويات الصوت التالية ؟
A- 100dB B- 120dB
0
يوضح مقياس الديسيبل مستوى الصوت لعدة أصوات مختلفة .
0
0
يسبب التعرض المستمر للأصوات الصاخبة إلى فقدان السمع . لذل يرتدي العمال في العديد من المهن مثل التشييد أدوات لحماية الآذن . يبلغ مستوى الصوت الصادر من الهمر الذي يستخدمه هذا العامل 130dB
الأصوات العالية تتلف العصب السمعي
0
منهج دولة الامارات العربية المتحدة
للعام 2016-2017
تأثير دوبلر
The Doppler Effect
الدرس الثالث
0
0
لعلك لاحظت أنّ صوت شاحنة ما قريبة منك مختلف عن صوت
الشاحنة نفسها عندما تتحرّك مبتعدة عنك.
يُطلق على هذا التأثير "تأثير دوبلر”
وتمت دراسته أول مرة في العام.1845
لاحظ العالِم الهولندي سي إتش دي بويز بالوت
تغيّرات في الصوت أثناء مرور أحد القطارات .
الفيزياء في حياتك
0
تأثير دوبلر
The Doppler Effect
يُطلق على التغيّر في تردد الصوت
الذي تُحدِثه حركة مصدر الصوت أو المراقب أو كلاهما اسم تأثير دوبلر
يتحرك مصدر الصوت s إلى اليمين بسرعة vs وتنتشر الموجات المنبعثة من المصدر في دوائر مركزها مصدر الصوت .
كلما تحرك المصدر تجاه المراقب A تقاربت موجات عديدة في المنطقة التي تقع بين المصدر والمراقب فيقل طول الموجة ويصبح λA
ونظراً لعدم تغير سرعة الصوت تصل قمم كثيرة إلى أذن المراقب في كل ثانية .وهذا يعني زيادة تردد الصوت الذي يسمعه المراقب A
0
تأثير دوبلر
The Doppler Effect
يُطلق على التغيّر في تردد الصوت
الذي تُحدِثه حركة مصدر الصوت أو المراقب أو كلاهما اسم تأثير دوبلر
يتحرك مصدر الصوت s إلى اليمين بسرعة vs وتنتشر الموجات المنبعثة من المصدر في دوائر مركزها مصدر الصوت .
وعندما يتحرك المصدر بعيداً عن المراقب B يزداد الطول الموجي ويصبح λB وتصل قمم أقل إلى أذن المراقب B كل ثانية ويقل تردد الصوت الذي يسمعه المراقب B
صف : ما الاختلاف النسبي في تردد الصوت الذي يسمعه لكل مراقب .
0
0
يحدث تغير دوبلر أيصاً إذا كان المراقب متحركاً والمصدر ساكناً .
كلما أقترب المراقب من مصدر الصوت الثابت واجه العديد من قمم الموجات كل ثانية أكثر مما لوكان ساكناً . ويتم سماع صوت بتردد أكبر .
أما إذا ابتعد المراقب عن المصدر الساكن فستقل القمم التي ستدخل تصل اليه كل ثانية مما يؤدي إلى انخفاض تردد الصوت المسموع .
تأثير دوبلر
The Doppler Effect
0
0
عند وجود مصدر متحرك ومراقب متحرك يمكن حساب التردد الذي يسمعه المراقب باستخدام العلاقة التالية :
V سرعة الموجة الصوتية .
Vs السرعة المتجهة لمصدر الصوت vd السرعة للمراقب الذي يسمع الصوت fs تردد الموجة المنبعثة مكن المصدر fd التردد الذي يسمعه المراقب .
تعريف النظام الإحداثي بينما تحل مسائل باستخدام المعادلة أعلاه، تأكد من
تعريف النظام الإحداثي بحيث يكون الاتجاه الموجب من المصدر إلى المراقب.
السرعة المتجهة للصوت v موجبة دائمًا.
مراقب
مصدر
موجب
سالب
0
سيكون تردّد الموجة الصوتية التي تصل إليك17Hz تقريبًا، إلا أنَّ هذا خارج نطاق السمع البشري الطبيعي، لذا قد لا تتمكن من سماعه على الإطلاق.
تأثير دوبلر وحاسة السمع
إذا بدأ مصدر صوتي تردد نغمته 20Hz ومستوى 80dB بالحركة مبتعدًا عنك بسرعة 50m/s فما التردّد الذي يمكن أن تسمعه؟
0
0
مثال : يبلغ تردد صافرة إنذار مثبتة على سطح محطة إطفاء حريق محلية975Hz
إذا كنت تقود دراجتك مبتعدًا عن محطة الإطفاء بسرعة مقدارها6.00m/s
فكم يبلغ تردّد الموجات الصوتية التي تصل إلى أذنك؟ افترض أنَّ درجة حرارة الهواء200C
(استخدم المعادلة المبسطة لمصدر ثابت Sومراقب متحرك، ثم عوّض سرعة الصوت في
. 343 m/s الهواء)
مراقب
مصدر
موجب
سالب
0
1- المصدر يقترب من السامع فإن السامع يسمع صوتاً ذا تردد أكبر مما هو عليه
2- المصدر يبتعد من السامع فإن السامع يسمع صوتاً ذا تردد أصغر مما هو عليه
3 بما أن التردد يعبر عن درجة الصوت فإن السامع الذي يقف أمام المصدر يسمع صوتاً درجته أعلى من السامع الذي يقف خلف المصدر .
تذكر
0
من السهل جدًا ملاحظة الظاهرة المكافئة لها والتي تحدث في الصوت على هيئة تناقص في حدة الصوت.
مشاهدة تأثير دوبلر
السؤال كيف يستخدم علماء الفلك تأثير دوبلر؟
الإجابة نظرًا إلى أنَّ تأثير دوبلر يحدث لموجات الضوء بالطريقة تفسها الذي يحدث فيها لموجات الصوت، يستطيع علماء الفلك ملاحظة التغيّر الذي يحدث في الطول الموجي للضوء المنبعث من مصدر بعيد ومتحرك.
فعندما تتحرك المجرة مبتعدة عن الأرض، يتناقص التردّد الظاهري للضوء المنبعث منها، ويزداد طوله الموجي.
حيث يُشار إلى هذه الظاهرة باسم الانزياح نحو الأحمر.
0
س: صف درجة صوت الصافرة التي يسمعها راكب القطار عندما يتحرك القطار .
ج- لا تتغير الدرجة . د-تعلو الدرجة ثم تنخفض .
س:صف أي تغير في درجة صوت صفارة الإسعاف التي يسمعها مراقب كان واقفاً لدى مرور السيارة به ؟
ج: درجة الصوت الظاهرية تنخفض عند ابتعاد السيارة عنه .
س: قارن درجة صوت المصدر المتحرك في اتجاه مراقب واقف مع درجة الصوت الذي يسمعه المراقب . أوضح سبب هذا التأثير ؟.
ج:يسمع المراقب الواقف صوتاً بدرجة أعلى من الصوت الذي يبعثه المصدر .
عندما يتحرك المصدر تندفع المقدمات الموجية أمامه متقاربة أكثر مما لو كان المصدر واقفاً . بما أن الطول الموجي أقل وسرعة الموجة ثابتة فسوف يكون التردد أكبر ودرجة الصوت أعلى .
0