موجة صوتية

تشرح هذه المقالة ماهية الموجات الصوتية (أو الموجات الصوتية) في الفيزياء. وهكذا ستجد خصائص الموجات الصوتية وأمثلة للأجسام التي تولد الموجات الصوتية والعوامل التي تؤثر على سرعة الموجة الصوتية.

ما هي الموجة الصوتية؟

الموجة الصوتية (أو الموجة الصوتية ) هي موجة طولية ناتجة عن اهتزاز مصدر الصوت. إذن، الموجات الصوتية هي تلك الموجات التي يلتقطها نظام السمع لدينا والتي نسميها “الصوت”.

الموجات الصوتية هي موجات ثلاثية الأبعاد تنتشر عبر وسط مرن. وبالتالي فإن الموجات الصوتية هي أيضًا موجات ميكانيكية ، لأنها تحتاج إلى وسط ينقل اضطرابها.

تنتشر الموجة الصوتية عن طريق التذبذب في نفس الاتجاه الذي تنتقل فيه. وينتج عن ذلك مناطق ضغط، تكون فيها الجزيئات أقرب إلى بعضها البعض ويكون الضغط أعلى، ومناطق تمدد، حيث تنفصل الجزيئات ويكون الضغط أقل. باختصار، تنتشر الموجة الصوتية، مما يؤدي إلى تغيرات في الكثافة الجزيئية والضغط.

أجزاء من الموجة الصوتية

أجزاء الموجات الصوتية (أو الموجات الصوتية) هي:

• الاستطالة (y) : هي المسافة بين موضع الموجة وموضع توازنها.
• السعة (أ) : هي المسافة بين أقصى امتداد وموضع توازنه.
• الدورة أو التذبذب : هي مسار الموجة من نقطة إلى النقطة المكافئة التالية لها.
• الطول الموجي (π) : هو المسافة بين نقطتين متكافئتين متتاليتين على الموجة.
• الفترة (T) : هي الفترة الزمنية التي تحتاجها الموجة لإحداث تذبذب كامل.
• التردد (و) : هو عدد الذبذبات أو الاهتزازات التي تنتجها الموجة لكل وحدة زمنية.
• التردد الزاوي أو النبض (ω) : هذه هي السرعة التي تؤدي بها الموجة التذبذبات.
• سرعة الانتشار (v) : هي السرعة التي تنتشر بها الموجة.

أمثلة على الموجات الصوتية

بمجرد أن رأينا تعريف الموجة الصوتية، إليك بعض الأمثلة على هذه الأنواع من الموجات لإنهاء استيعاب المفهوم.

أمثلة على الموجات الصوتية:

• الموجات المنبعثة من الحبال الصوتية هي موجات صوتية.
• الموجات الناتجة عن أوتار الجيتار هي موجات صوتية.
• تنتج الشوكة الرنانة موجات صوتية.
• الموجات الصادرة من مكبر الصوت هي أيضًا موجات صوتية.

خصائص الموجة الصوتية

خصائص الموجة الصوتية (أو الموجة الصوتية) هي:

• شدة الموجة الصوتية.
• ارتفاع موجة الصوت.
• جرس الموجة الصوتية.

سيتم شرح كل خاصية من خصائص الموجات الصوتية بالتفصيل أدناه.

شدة الموجة الصوتية

ومن الناحية العملية، فإننا نربط شدة الموجة الصوتية بحجم الصوت المدرك. ومع ذلك، في الفيزياء، تشير شدة الموجة الصوتية إلى كمية الطاقة التي تحملها الموجة.

وبالتالي، كلما زادت كمية الطاقة المنقولة لكل وحدة زمنية، زادت شدة الموجة الصوتية. وبالمثل، كلما زادت شدة الموجة، زادت اتساعها.

في النظام الدولي (SI)، يتم التعبير عن شدة الموجة الصوتية بالواط مقسومًا على متر مربع (W/m ² ). ولكن من الأكثر شيوعًا استخدام البيلا (B) أو الديسيبل (dB) لقياس شدة الموجات الصوتية.

تتراوح قيمة عتبة السمع البشري، أي أقل شدة يستطيع نظام السمع لدينا التقاطها، بين 0 ديسيبل و25 ديسيبل.

ارتفاع الموجة الصوتية

تشير درجة الموجة الصوتية إلى تردد الموجة. وبالتالي، فإن الأصوات عالية الطبقة تتوافق مع موجات صوتية عالية التردد، في حين أن الأصوات منخفضة الطبقة هي موجات صوتية منخفضة التردد.

يمكن للبشر فهم الموجات الصوتية بين 20 هرتز و20000 هرتز، وفي الواقع، تُستخدم هذه الحدود لتعريف الموجات فوق الصوتية والموجات فوق الصوتية.

• الموجات تحت الصوتية : موجة صوتية يقل ترددها عن 20 هرتز.
• الموجات فوق الصوتية : موجة صوتية بتردد أكبر من 20000 هرتز.

رنين موجة الصوت

اعتمادًا على خصائص مصدر الموجة الصوتية، يختلف جرس الموجة الصوتية . تتيح هذه الخاصية التمييز بين موجتين صوتيتين لهما نفس التردد والشدة.

يظهر التباين في جرس الموجات الصوتية بوضوح في الآلات الموسيقية. على سبيل المثال، يختلف جرس الموجات الصوتية الناتجة عن الجيتار عن صوت الموجات الصوتية الصادرة عن الشوكة الرنانة أو الكمان.

يعتمد جرس الموجة الصوتية على الجسم الذي يصدر الموجات، وبالتالي على الشكل والحجم والمادة وما إلى ذلك. للجسم، سيكون جرس الموجة الصوتية المتولدة مختلفًا.

سرعة الموجة الصوتية

سرعة انتشار الموجة الصوتية هي السرعة التي تنتقل بها الموجة. ولذلك، كلما زادت سرعة الموجة الصوتية، زادت سرعة انتقالها من جهاز الإرسال إلى جهاز الاستقبال.

تعتمد سرعة انتشار الموجة الصوتية على أربعة عوامل رئيسية:

• كثافة الوسط : تنتشر الموجات الصوتية بسرعة أكبر في البيئات ذات الكثافة الأعلى.
• مرونة الوسط : كلما زادت مرونة المادة أو الوسط الذي تعبره الموجة الصوتية، انخفضت سرعتها.
• انضغاطية الوسط – كلما زادت انضغاطية الوسط، كلما كان انتشار الموجة الصوتية أبطأ.
• درجة حرارة الوسط : درجة الحرارة تتناسب طرديا مع انتشار الموجة الصوتية، فكلما ارتفعت درجة الحرارة، زادت سرعة انتشار الموجة.

نترك لكم أدناه جدولاً بقيمة سرعة انتشار الموجة الصوتية حسب الوسط الذي تنتشر فيه:

نصف	سرعة الانتشار (م/ث)
ممحاة	54
يقود	1320
نحاس	3560
ماء	1490
مياه البحر	1530
الأكسجين	317
هواء	343