سرعة الصوت

من المؤكد أنك رأيت مرات عديدة أنه عندما تكون هناك عاصفة ، فإن أول شيء يكون هناك ضوء هو البرق ثم يأتي الصوت. هذا يرجع إلى سرعة الصوت. تمكن العلماء من اكتشاف الحد الأقصى للسرعة التي يمكن للصوت أن ينتقل بها عبر الهواء. في الفيزياء هذا مهم جدًا. يمكنك معرفة المزيد عن هذه الظاهرة في المقال حول كل ما تحتاج إلى معرفته عن البرق.

ولذلك، فإننا سنخصص هذا المقال لإخبارك بكل ما تحتاج إلى معرفته حول سرعة الصوت وكيفية انتقاله.

سرعة الصوت

تعتمد سرعة انتشار الموجة الصوتية على خصائص الوسط الذي تنتشر فيه، وليس على خصائص الموجة أو القوة التي تنتجها. وتسمى هذه السرعة لانتشار الموجات الصوتية أيضًا بسرعة الصوت. في الغلاف الجوي للأرض، درجة الحرارة 20 درجة مئوية ، أي 343 مترًا في الثانية. تختلف سرعة الصوت باختلاف وسيط الانتشار ، وتساعد طريقة انتشاره في الوسط على فهم خصائص معينة لوسط الإرسال بشكل أفضل. عندما تتغير درجة حرارة وسيط الانتشار ، ستتغير سرعة الصوت أيضًا. وذلك لأن ارتفاع درجة الحرارة يؤدي إلى زيادة وتيرة التفاعلات بين الجسيمات التي تحمل الاهتزازات ، مما يترجم إلى زيادة في سرعة الموجة.

وبشكل عام فإن سرعة الصوت في المواد الصلبة أعلى منها في السوائل، وسرعة الصوت في السوائل أعلى منها في الغازات. وذلك لأن كلما زادت كمية المادة الصلبة زادت درجة تماسك الروابط الذرية مما يساعد على انتشار الموجات الصوتية. إذا كنت تريد معرفة المزيد عن هذا الموضوع، راجع مقالتنا حول حاجز الصوت.

تعتمد سرعة انتشار الصوت بشكل أساسي على مرونة الوسط الذي ينتشره. تشير المرونة إلى القدرة على استعادة شكلها الأصلي.

ما هو الصوت

الصوت عبارة عن موجة ضغط يمكن أن تنتشر عبر الهواء عن طريق الضغط والاكتئاب. الصوت الذي نلاحظه من حولنا ليس أكثر من طاقة متولدة من الاهتزازات التي تنتشر عبر الهواء أو أي وسيلة أخرى ، والتي يمكن استقبالها وسماعها عندما تصل إلى الأذن البشرية. نحن نعلم أن الصوت ينتقل على شكل موجات.

الموجات هي اضطرابات اهتزازية في الوسط، تعمل على نقل الطاقة من نقطة إلى أخرى دون وجود اتصال مباشر بين هاتين النقطتين. يمكننا القول أن الموجة تنتج عن اهتزاز جزيئات الوسط الذي تمر من خلاله، أي عملية الانتشار المقابلة للإزاحة الطولية (في اتجاه الانتشار) لجزيئات الهواء. تظهر المنطقة ذات الإزاحة الكبيرة في المنطقة التي يكون فيها اتساع تغير الضغط صفراً والعكس صحيح.

الصوت في مكبر الصوت

يهتز الهواء في أنبوب بسماعة في أحد طرفيه ومغلق من الطرف الآخر على شكل موجات. ثابت طوليا. الأنماط الخاصة لاهتزاز الأنابيب بهذه الخصائص. إنه يتوافق مع موجة جيبية ، طولها الموجي بحيث تكون هناك نقطة بسعة صفرية. عقدة العادم في نهاية السماعة والنهاية المغلقة للأنبوب ، لأن الهواء لا يمكن أن يتحرك بحرية بسبب السماعة وغطاء الأنبوب ، على التوالي. في هذه العقد لدينا أقصى تغير في الضغط ، عقدة عكسية أو بطن ، للموجة الواقفة.

سرعة الصوت في الوسائط المختلفة

تختلف سرعة الصوت حسب الوسط الذي تنتقل فيه الموجة الصوتية. ويتغير أيضًا مع درجة حرارة البيئة. وذلك لأن ارتفاع درجة الحرارة يؤدي إلى زيادة وتيرة التفاعلات بين الجسيمات التي تحمل الاهتزازات، وزيادة هذا النشاط تؤدي إلى زيادة السرعة. ترتبط هذه الظاهرة بشكل مباشر بـ انتشار الصوت في الفضاء.

على سبيل المثال ، في الثلج ، يمكن للصوت أن ينتقل لمسافات طويلة. هذا بسبب الانكسار تحت الثلج ، وهو ليس وسيطًا متجانسًا. كل طبقة من الثلج لها درجة حرارة مختلفة. أعمق الأماكن التي لا تستطيع الشمس الوصول إليها أبرد من السطح. في هذه الطبقات الأكثر برودة بالقرب من الأرض ، تكون سرعة انتشار الصوت أبطأ.

بشكل عام ، تكون سرعة الصوت في المواد الصلبة أكبر منها في السوائل وأعلى في السوائل منها في الغازات. هذا لأنه كلما زاد تماسك الروابط الذرية أو الجزيئية ، زادت قوة المادة. سرعة الصوت في الهواء (عند درجة حرارة 20 درجة مئوية) هي 343,2 م / ث.

دعنا نرى سرعة الصوت في بعض الوسائط:

• في الهواء ، عند 0 درجة مئوية ، ينتقل الصوت بسرعة 331 م / ث (لكل درجة مئوية ترتفع درجة الحرارة ، تزداد سرعة الصوت بمقدار 0,6 م / ث).
• في الماء (عند 25 درجة مئوية) تبلغ 1593 م / ث.
• في الأنسجة 1540 م / ث.
• في الخشب 3700 م / ث.
• في الخرسانة 4000 م / ث.
• في الفولاذ 6100 م / ث.
• في الألومنيوم 6400 م / ث.
• في الكادميوم تبلغ 12400 م / ث.

تعتبر سرعة انتشار موجة الضغط مهمة جدًا في دراسة ظاهرة الرنين في مبدل المحرك الترددي وتعتمد على خصائص البيئة. على سبيل المثال، بالنسبة للغازات، يعتمد الخليط المتبخر في مشعب السحب أو الغازات المحترقة في مشعب العادم على كثافتها وضغطها. هناك علاقة مهمة بين سرعة الصوت و تدرج الضغط.

أنواع موجات التكاثر

هناك نوعان من الموجات: موجات طولية وموجات عرضية.

• موجه طويلة: موجة تهتز فيها جسيمات الوسط من جانب إلى آخر في نفس اتجاه الموجة. يمكن أن يكون الوسط صلبًا أو سائلًا أو غازيًا. لذلك فإن الموجات الصوتية هي موجات طولية.
• موجة عرضية: موجة تهتز فيها الجسيمات في الوسط لأعلى ولأسفل "بزوايا قائمة" في اتجاه حركة الموجة. تظهر هذه الموجات فقط في المواد الصلبة والسائلة وليس الغازات.

لكن تذكر أن الموجات تنتقل في جميع الاتجاهات ، لذلك من السهل التفكير فيها على أنها تمر عبر كرة.

آمل أن تتمكن من خلال هذه المعلومات من التعرف أكثر على سرعة الصوت وخصائصها.