نشاط عملي يوّضح مفهوم ظاهرة “أثر دوبلر”

2011 تجارب علمية الصوت والسمع

كريس و ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

ظاهرة أثر دوبلر الفيزياء

الأهداف

1- صنع أداة مولدة للصوت تُسمى "بول رورَر" (ذات الخوار).

2- استخدام هذه الأداة لاختبار أثر دوبلر.

 

الأدوات التي تحتاجها:

– أنبوب كرتوني أو قطعة من الكرتون السميك ملفوفة على شكل أنبوب

– خيط سميك بطول حوالي 3 أقدام (1 متر)

– غطاء للعين

– صديق لتقديم المساعدة

 

خطوات العمل:

1- اطلب من أحد الكبار أن يساعدك في صنع ثقب على طرفي النهاية العلوية من الأنبوب، مستعيناً بثقابة أو مقص، ثم أدخل الخيط في الثقبين واربطه بإحكام.

 

2- اطلب الآن مساعدة صديقك. ستقوم أنت بتشغيل "البول رورَر" (ذات الخوار)، بينما يستمع صديقك إلى الصوت الذي يصدر عنها.

 

3- ينبغي أن يقف كل منكما على مسافة 30 قدماً (10 أمتار) من الآخر، يجب تحريك "البول رورَر" حول رأسك بسرعة ثابتة بحيث تُحدث درجة صوتية مستمرة. ومن الضروري أن تحافظ على وتيرة الدرجة نفسها خلال التجربة.

4- ينبغي أن يكون صديقك معصوب العينين وأن يُغمض عينيه وأن يُركز على سماع وتيرة النغمة الصادرة.

 

5- حاول الآن أن تمشي بسرعة على خط مستقيم أمام صديقك مع مراعاة المحافظة على درجات الصوت ذاتها الصادرة عن "البول رورَر" (أي الاستمرار في تدويرها بسرعة ثابتة).

يجب على صديقك الإصغاء بعناية وأن يحاول اكتشاف اللحظة التي تمر فيها من جانبه، وذلك عن طريق الانتباه إلى التغير في درجة الصوت الصادر عن "البول رورَر" (أثر دوبلر).

 

6- بعد أن تقوم بهذه الخطوات، تبادل الأدوار والمكان مع صديقك وقم بالتجربة من جديد.

 

هناك بعض النشاطات الأخرى التي يمكن أن تساعدك في فهم أثر دوبلر بصورة أفضل.

المتابعة (1)

دوّر أداة "البول رورَر" مرتين بالسرعة نفسها (أو بأسرع ما تستطيع)، ولاحظ تأثير ذلك على التردد الذي تسمعه. ستكتشف أن التغير في درجة الصوت أصبح أكثر وضوحاً.

فإذا قمت بمضاعفة تردد "البول رورَر" إلى الضعفين تماماً ستجد أن هبوط درجة الصوت قد تضاعف مرتين مقارنة بما سبق.

 

المتابعة (2)

حاول إعادة التجربة الأصلية بتدوير "البول رورَر" ببطء كما فعلت من قبل، لكن لاحظ هذه المرة ماذا يحدث إذا بقيت واقفاً أثناء تدوير تلك الأداة بينما يقوم المستمع بالمرور من جانبها. (في هذه التجربة، ينبغي للمستمع أن يزيل الغطاء عن عينيه).

هل تعتقد أن المستمع سيلاحظ التغير في درجة الصوت أم لا؟ لا بدّ أن يلاحظ المستمع ذلك رغم أن الجسم المتحرك هذه المرة ليس مصدر الصوت وإنما الشخص المستمع.

كرر هذه التجربة لكن في هذه المرة ينبغي أن يتحرك مصدر الصوت والمستمع في آن معاً نحو بعضيهما بالسرعة نفسها تقريباً.

 

وإذا لم يكن لديك شريك يقوم بالتجربة معك يمكنك أن تجري التجربة بمفردك. اختر مصدر صوت يمكن أن يؤدي نغمة صوتية بتردد ثابت (مثل ساعة منبه).

ضع المصدر الصوتي في الخارج على كرسي وشغل الصوت، ثم حاول أن تمر بجانبه مشياً أو ركضاً بسرعات مختلفة.

ثم قم بالتجربة نفسها باستخدام منبع صوتي ذي تردد صوتي متغير، مثل جهاز راديو أثناء بثه معزوفة موسيقية. هل ما زلت قادراً على ملاحظة التغير في درجة الصوت؟

 

تحليل النشاط:

لابدّ أنك اكتشفت أنه عندما كنت المستمع، كنت تستطيع ملاحظة التغير في تردد الصوت لأداة "البول رورَر" أثناء مرورها من جانبك، لكن عندما كنت تُشغل الأداة لم تلاحظ أي انزياح للتردد.

شريطة أن تكون قد حركت "البول رورَر" بالسرعة ذاتها طوال التجربة، أي إن تردد الصوت يجب أن يظل ثابتاً دون تغيير.

لابدّ أن انزياح دوبلر كان ملحوظاً لدرجة أنك كنت تستطيع أن تحدده في اللحظة التي مر خلالها مولد الصوت بجانبك.

 

لو أنك قمت بنشاطات المتابعة من دون أخطاء لوجدت أن انزياح دوبلر لو يتغير سواء أكان مصدر الصوت أم المستمع في حالة الحركة.

وعندما كان مولد الصوت والمستمع يسيران نحو بعضيهما كان ينبغي ملاحظة انزياح دوبلر بصورة أوضح، لاسيما أن الانزياح يعتمد على الفرق بين حركة مولد الصوت والمستمع، ويطلق على ذلك تعبير الحركة النسبية بينهما.

فلو كان الجانبان متحركين بالسرعة نفسها فإن الأثر يماثل حركة شخص واحد يسير بخطوات أسرع. إن استخدام مصدر صوتي بترددات مختلفة، كالراديو مثلاً، ينبغي ألا يؤثر في سماعك أيضاً.

 

ما العمل لو ان صديقي لم يتمكن من سماع أثر دوبلر؟

تأكد من أنك تقوم بتدوير "البول رورَر" بسرعة ثابتة خلال النشاط. إن أي تغير في السرعة يؤدي إلى تغير في درجة نغمة الصوت، ما يجعل من تحديد أثر دوبلر أمراً متعذراً.

وإذا لم تستطع رغم ذلك سماع أثر دوبلر حاول أن تزيد من سرعة تدوير "البول رورَر" (بهذه الطريقة سيصبح أثر دوبلر أكثر وضوحاً وبالتالي يُمكن سماع هذا الأثر بشكل أكبر وضوحاً).

وبإمكانك استخدام وسيلة أخرى لتوليد الصوت، وينبغي أن تصدر الأداة البديلة نغمات عالية ومستمرة لها مستوى التردد نفسه.

 

ويمكن استخدام مزمار النغمات (مجموعة من أدوات النفخ الموسيقية التي تستخدم في ضبط الآلآت الموسيقية).

أو يمكنك أيضاً استخدام أي آلة موسيقية مناسبة مثل المزمار والقيام بعزف نغمة موسيقية طويلة.

 

نصائح للسلامة

تزداد القوة المطبقة على "البول رورَر" (ذات الخوار) كلما سارعت من دورانها، لذلك ينبغي لك التأكد من إحكام ربط الخيط بالأنبوب الكرتوني.

كما ينبغي لك القيام بهذه التجربة خارج المنزل كي تتجنب تحطيم أو إلحاق الضرر بالمقتنيات الموجودة داخل الغرف.

وينبغي لك أنت وصديقك ترك مسافة آمنة فيما بينكما، كما يجب ألا يغيب عن ذهنك أن أحدكما معصوب العينين وقد يقف دون علمه ضمن مسار "البول رورَر".

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]