كيف تسافر الموجات الصوتية حول العالم الصوتية

الحلقة الثالثة: كيف تنتقل موجات الصوت؟ تقديم برانش إيديوكاشن في كل ثانية يقظة من حياتنا نسمع موجات صوتية في كل مكان من همهمة المروحة إلى النقر على لوحة المفاتيح. تتخلل الموجات الصوتية حياتنا لكن كيف تنتقل هذه الأصوات في أنحاء العالم من حولنا؟ للإجابة على هذا السؤال، سنشارك في تجربة فكرية. حسنًا، لدينا عامود من الحديد يصل إلى مسافة 384,402 كيلومتر كيلومتر بين سطح الأرض وسطح القمر في الأعلى لنكن واقعيين، إن هذا عامود طويل جدًا لا يمكن أن يكون موجودًا على الإطلاق ولكن من أجل هذه التجربة الفكرية، دعنا نقول أنه موجود، وأننا سنعلق كل هذه العوامل والمتغيرات. دعنا نطرح هذا السؤال إذا كنا سنرفع جانب الأرض من العامود بمقدار متر واحد فماذا سيحدث للقمر في نهاية العامود البعيد؟ هل سيتحرك مترًا على الفور؟ أم هل سيكون هناك تأخير لبضع ثوان؟ وربما تأخير لساعة؟ ربما تأخير أطول بكثير؟ كما سيتضح، فإن القمر في نهاية العامود سيتحرك مترًا واحدًا بعد 18 ساعة و 24 دقيقة بعد أن حركنا العامود من ناحية الأرض هذا تأخير كبير ويرجع ذلك إلى حقيقة أنه عندما نضغط على العامود من جهة الأرض فإننا لا نضغط على العامود الذي يبلغ طوله 384,000 كيلومتر بالكامل دفعة واحدة ولكننا نضغط فقط على مجموعة محلية من الذرات هنا هذه الذرات الموجودة في العامود من ناحية الأرض تدفع الذرات المجاورة لها ثم إلى المجموعة التالية من الذرات أعلى العامود وهكذا حتى يصل هذا الدفع إلى القمر يمكن أيضًا اعتبار هذا الدفع بمثابة ارتداد للذرات ولا ينتقل لأعلى على الفور بل يستغرق وقتًا حتى تدفع مجموعة واحدة من الذرات أو ترتد إلى المجموعة التالية من الذرات على وجه التحديد، في الفولاذ إن معدل الارتداد والتفاعل مع الذرات المجاورة يتحرك في العامود بمعدل 5.8 كيلومترات في الثانية هذه السرعة تعتبر سرعة الصوت في الفولاذ وتختلف حسب المادة إذا كان العامود مصنوعًا من خشب البلوط، فسيقطع الصوت مسافة 384,000 كم بين الأرض والقمر في أقل من 27 ساعة هذا وقت طويل، ولكن في النهاية ستصل الحركة إلى القمر. النقطة المهمة هي أنه على الرغم من أن المواد مثل العامود فولاذي أو طاولة خشبية تبدو وكأنها كتلة واحدة ومتماسكة وبالتالي من المتوقع أن نتحرك الكتلة بأكملها على الفور في الواقع، تستغرق القوى والحركات وقتًا للتنقل عبر العديد من الذرات الموجودة في الكتلة يمكن اعتبار هذا السفر للحركة أو الانتشار بمثابة تفاعل متسلسل للذرات تدفع أو ترتد إلى بعضها البعض سرعة هذا الانتشار تسمى سرعة الصوت وبالتالي يعتمد انتقال الصوت على المادة أو الوسط الذي تمر به كما أنه تعتمد على درجة الحرارة والضغط والكثافة للوسط الذي ينتقل الصوت خلاله الآن، وبالعودة إلى التجربة الفكرية فكر فيما سيحدث إذا حركنا العامود الفولاذي بشكل مختلف دعنا نحرك العامود الفولاذي لأعلى، وبعد 10 دقائق، نحرك العامود لأسفل مرة أخرى ماذا سيحدث على القمر؟ حسنًا، على غرار تجربتنا السابقة فإنه بعد 18 ساعة، سيتحرك العامود لأعلى وبعد 10 دقائق بعد ذلك، سوف يتحرك لأسفل الآن، لنفترض أننا نحرك العامود بشكل أسرع وتحديدًا لأعلى ولأسفل 100x مرة في الثانية لدقيقة كاملة ثم توقف حسنًا مرة أخرى، ستبدأ هذه الحركة الشبيهة بالاهتزاز عند الطرف الأرضي للعامود وتشق طريقها إلى أعلى العامود الفولاي بمعدل 5.8 كيلومتر في الثانية وبعد تأخير مدته 18 ساعة، سيتحرك العامود في طرف القمر نفس حركة الاهتزاز بالضبط لمدة 1 دقيقة. من حيث الجوهر، فإن القوى والحركات في مادة ما لا تلحق ببعضها البعض حتى لو كانت القوى في الاتجاه المعاكس، ولكن بمجرد بدء الحركة فإنها ستستمر في رفع العامود بسرعة ثابتة يسمى انتشار هذه الحركة بالموجة في هذه التجربة الفكرية، يمثل العامود الفولاذي الهواء المحيط بنا ويمثل التفاعل المتسلسل للذرات المرتدة أعلى العامود الصلب انتشار الموجة الصوتية. هناك خمسة مفاهيم أساسية موضحة في هذه التجربة الفكرية ستساعدك على فهم الموجات الصوتية والموجات بشكل أفضل. الأول هو أن الموجات الصوتية هي ارتداد من ذرات الهواء أو الجزيئات إلى بعضها البعض ثانيًا يمكن أن تنتقل الموجات بعيدًا جدًا لكن الذرات نفسها تنتقل لمسافة قصيرة فقط ثالثًا تنتقل الموجات بسرعة الصوت وتعتمد هذه السرعات على الوسط المادة رابعًا تنتقل الموجات المتتابعة في نفس الوسط بنفس السرعة وبالتالي لا تلحق موجة واحدة بالموجة التالية خامسا وأخيرًا وقلبا للمفاهيم الموجة الصوتية ليست في الحقيقة كتلة مثل عامود فولاذي أو طاولة خشبية أو ذرات هواء بل بالأحرى، الموجة الصوتية هي انتشار للقوة أو الحركة عندما نسمع شيئًا ما، فإننا نسمع الحركة التي يقوم بها جسم ما أو كيف أن هذا الجسم يطبق قوة على جزيئات الهواء المحيطة به مما يتسبب في ارتداد جزيئات الهواء هذه والتقاط هذا الارتداد بواسطة آذان ويُنظر إليها على أنها صوت، مذهل أليس كذلك؟! أتمنى أن تكون قد استمتعت بهذه الحلقة يرجى التأكد من التعليق والاشتراك والإعجاب بقناتنا وإخبار أصدقائك وعائلتك بما تعلمته! هذه الحلقة تدور حول كيفية انتقال الموجات الصوتية ما هي الموجات الصوتية، وما هي أنواع الموجات المختلفة وكيف تستقبل أذنيك الصوت وما هو التردد والصوت العالي إذا كان الصوت هو حركة جزيئات الهواء إذن ما هي الرياح؟ أليست هذه أيضًا حركة جزيئات الهواء؟ وما هو هيكل مكبر صوت الهاتف الذكي؟ شكرًا على المشاهدة وحتى المرة القادمة فكر في البساطة المفاهيمية والتعقيد الهيكلي للعالم من حولنا