نشاط عملي يوّضح طريقة سماع “أصوات الضربات”

2011 تجارب علمية الصوت والسمع

كريس و ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

أصوات الضربات الفيزياء

الأهداف

1- صنع جهاز كاشف للصوت.

2- استخدام كاشف الصوت لفحص الموجات الصوتية المختلفة.

 

الأدوات التي تحتاجها:

– صفارتان " سواني" (ذات مكبس متحرك لتغيير الأصوات التي تصدرها)

– مسطرة طولها 1 قدم (30 سم)

– ساعة إيقاف أو ساعة يد مزودة بعقرب ثوان

 

خطوات العمل:

1- خذ إحدى الصفارتين واعط الثانية لصديقك. اسحب مكبس كل من الصفارتين نحو الأعلى حتى المنتصف.

اطلب من صديقك أن ينفخ في صفارته النغمة ذاتها، ثم خذ صفارتك وحرك المكبس إلى أن تصبح النغمة الصادرة عن صفارتك مماثلة تماماً لصفارة صديقك.

2- الآن اسحب مكبس صفارتك ببطء. ستتمكن من سماع الصوت الصادر عن الصفارتين معاً على شكل ضربات صاعدة وهابطة.

ولو قمت بسحب المكبس أكثر نحو الخارج (بحيث تختلف النغمتان أكثر) فستلاحظ أن التغيرات في ارتفاع الصوت تحصل على نحوٍ أسرع فأسرع إلى أن يصبح من غير الممكن سماع صوت الضربات. ماذا يحصل عندما تدفع مكبس الصفارة إلى الداخل من جديد؟

3- كرر الآن الخطوة الأولى، ولكن قم في هذه المرة بقياس طول الجزء البارز من مكبس الصفارتين.

4- اسحب المكبس ببطء إلى أن تسمع الضربات. شغّل ساعة الإيقاف عندما يكون صوت الضربات في أعلى مستوى، ثم قِسْ الزمن الذي استغرقته عشر ضربات.

 

5- سجل الوقت الذي استغرقته الضربات العشر، إضافة إلى المسافة التي برز خلالها مكبس الصفارة.

6- اسحب الآن المكبس قليلاً نحو الخارج إلى أن تلاحظ أن الضربات قد تسارعت قليلاً. قِسْ زمن عشر ضربات وسجل البيانات التي حصلت عليها، إضافة إلى المسافة التي برز خلالها المكبس.

 

7- استمر في تكرار الخطوة السادسة حتى تصبح غير قادر على سماع أي ضربات في الصوت.

 

لابدّ أنك لاحظت أن باستطاعتك سماع أصوات ضربات عند النفخ في صفارتين تصدران نغمات ذات درجة صوتية مختلفة اختلافاً ضئيلاً.

لكنك عندما قمت برفع درجة الاختلاف بين النغمتين، لا بدّ أنك لاحظت أن الضربات بدت أكثر سرعة.

وعندما جعلت النغمتين متشابهتين مرة أخرى تباطأت الضربات إلى أن اختفت في نهاية الأمر.

 

ولأنك قست زمن الضربات وطول المكبس الذي أصدر النغمات معاً أصبح بإمكانك أن تتبين العلاقة بين تردد النغمات وزمن الضربات.

كي تقوم بهذا ارسم جدولاً بيانياً وسجل فيه زمن الضربات (بالثانية) في عمود، وفي العمود الآخر الفرق في مكبس الصفارة (بالبوصة أو السنتيمترات)، كما هو مبين هنا.

 

وتستطيع حساب زمن الضربة عن طريق تقسيم الزمن الذي حصلت عليه لعشر ضربات على الرقم 10 (وسبب قياس عشر ضربات هو الحصول على نتيجة أكثر دقة من أن تقيس ضربة واحدة بشكل منفصل).

وعندما تنتهي من إدخال البيانات في الجدول، لاحظ العلاقة بينهما. هل البيانات في العمودين تقع على خط واحد أم أنها متفرقة؟

 

تحليل النشاط:

على الرغم من أن صفارة "سواني" تصدر صفيراً، إلا أنها في الحقيقة نوع من أدوات النفخ الموسيقية المغلقة من أحد طرفيها.

وكما لاحظت في النشاط (7) فإن الطول الموجي (وكذلك درجة الصوت) للنغمة التي صدرت عن المزمار المسدود من إحدى نهايتيه تعتمد على عمود الهواء الموجود في داخله.

وكلما سحبت مكبس الصفارة أكثر نحو الخارج زاد طول عمود الهواء، وبالتالي أصبح الطول الموجي للموجة الموقوفة في الداخل أكبر، وكلما كان الطول الموجي أكبر كان التردد أقصر ودرجة النغمة أقل، لذلك لاحظنا أن نغمة الصفارة تهبط إلى نغمة أكثر انخفاضاً عندما تقوم بسحب المكبس.

 

وعندما تصدر الصفارتان الصوت معاً ويكون مكبسهما مسحوباً بالمقدار ذاته، ستصدران النغمة نفسها وبدرجة الصوت والتردد وطول الموجة ذاتها أيضاً.

أما إذا قمنا بسحب مكبس إحدى الصفارتين قليلاً فيزيد الطول الموجي للنغمة الصادرة، وبالتالي يقل التردد عن السابق.

وعندنا ننفخ في صفارتين يكون مكبسيهما مسحوبين نحو الخارج بفارق طول بسيط في الوقت نفسه فستصدران نغمات صوتية مختلفة في التردد عن بعضهما قليلاً، ثم تندمج النغمتان وتصدران الضربات التي يمكنك سماعها بسبب التغيير النبضي في مقدار ارتفاع الصوت.

 

كلما سحبت المكبس أكثر نحو الخارج في إحدى الصفارتين زاد اختلاف درجة الصوت وتردده في النغمتين الناتجتين، ما يؤدي إلى زيادة سرعة الضربات.

وعندما ترسم جدولاً بيانياً حول زمن الضربات مقابل التغيير في طول المكبس نستطيع أن تتبين بدقة كيف يؤثر تغيير طول المكبس (وبالتالي الفرق في تردد ودرجة النغمتين) في زمن الضربات الناتجة.

وإذا تمعنت في النقاط على الجدول البياني الذي وضعته فستلاحظ أنه من الممكن رسم خط مستقيم بينهما (لا تهتم إذا كانت النقاط لا تتسع على خط واحد بشكل دقيق، بل إن العلماء المختصين نادراً ما يقيسون الأشياء بدقة متناهية للحصول على نتائج مثالية).

 

إن اتساع النقاط بشكل تقريبي على خط مستقيم يبين أن زمن الضربات يتوقف تماماً على الفرق في درجة الصوت بين نغمتين.

وإذا لم تكن جميع النقاط على خط مستقيم كهذه ووجدت أنها موصولة مع بعضها على منحنى أو تعذر الوصل بينها بسهولة، فذلك يعني أن الزمن والاختلاف في درجة الصوت لم يعتمدا على بعضهما إطلاقا أو أن طريقة ارتباطهما ببعضهما كانت أكثر تعقيداً.

 

ما العمل لو أنني لم أستطع سماع أي ضربات؟

كي تصبح الضربات منتظمة، من المهم أن تكون النغمتان اللتان تتحدان معاً منتظمتين أيضاً. تأكد من أنك وصديقك تنفخان في الصفارة بنفس ثابت ومتساوٍ كي تكون درجة الصوت ثابتة.

 

ضبط صوت البيانو

إن إحدى الفوائد العملية من "الضربات" هي ضبط آلات البيانو. تجري مقارنة كل وتر في هذه الآلة مع الأوتار التي تصدر نغمات لها الدرجة الصوتية ذاتها.

ومن خلال الاستماع إلى الضربات عند العزف على وترين في وقت واحد، يستطيع اختصاصي ضبط الأوتار أن يقدر بدقة مقدار التعديل اللازم لكل وتر.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]