نشاط عملي يوّضح كيفية الوصول إلى أعلى شدة للصوت

2011 تجارب علمية الصوت والسمع

كريس و ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

شدة الصوت الصوت الفيزياء

الأهداف

1- قياس الطول الموجي للأصوات الناتجة داخل أنبوب أجوف.

2- ملاحظة كيفية اعتماد الطول الموجي على درجة الصوت للشوكة الرنانة.

 

الأدوات التي تحتاجها:

– دلو مملوء حتى ثلثيه بالماء

– أنبوب بلاستيكي طويل أو أنبوب من الكرتون (من النوع الذي يستعمل في إرسال الصور الإعلانية بداخلها عن طريق البريد) مفتوحاً من الطرفين

– شوكات رنانة مختلفة ومتعددة النغمات

– مسطرة وقلم

 

خطوات العمل:

1- ضع الأنبوب في الماء بشكل قائم بحيث يصل مستوى الماء قريباً من حافته العلوية. اطرق إحدى الشوكات الرنانة في أعلى الطاولة وامسك بها أثناء اهتزازها فوق نهاية الأنبوب المفتوح البارز من الماء.

2- استمع جيداً وأنت تسحب الأنبوب من الماء (مع إبقاء الشوكة محمولة فوق فتحة الأنبوب). تابع الإصغاء إلى أن تصل إلى نقطة يكون فيها صوت الشوكة الرنانة في أعلى درجاته.

 

3- عندما تكتشف النقطة التي يصل إليها الصوت في أعلى مستوى له، حدد تلك النقطة بوضع علامة مستعيناً بالقلم.

4- أخرج الأنبوب من الماء، قسْ المسافة من الإشارة إلى أعلى الأنبوب (الطرف الذي لم يُغمس في الماء) ثم سجل المسافة التي حصلت عليها.

5– أعد الأنبوب إلى الماء، وحركه نحو الأعلى والأسفل إلى أن تجد نقطة أخرى يكون الصوت عندها في أشده. ضع إشارة على هذه النقطة بالقلم أيضاً.

6– قسْ المسافة من الإشارة الثانية إلى نهاية الأنبوب، وسجل هذه المسافة. والآن خذ شوكة رنانة أخرى ذات نغمة أعلى، وكرر الخطوات من 1 إلى 4، مع تسجيل النتائج في كل مرة.

 

ضع نتائجك التي حصلت عليها أثناء قيامك بالنشاط حول الشوكة الرنانة في الصفحة السابقة في جدول يشبه هذا الجدول.

خصص حقولاً منفردة لكل شوكة رنانة وسجل المسافات من أعلى الأنبوب إلى النقطة التي يكون فيها الصوت على أشده في العمود المخصص من الجدول، وحاول أن تعيد التجربة مع إخراج الأنبوب من الماء حالما تكتشف أول ارتفاع للصوت.

 

هل اكتشفت نقاطاً أخرى لارتفاع الصوت؟ في حال اكتشافك مثل هذه النقاط، حددها بعلامة على الأنبوب.

قِسْ بعد ذلك المسافة من الطرف المفتوح في الأنبوب إلى كل نقطة تكتشفها كما فعلت من قبل، ثم سجل كل نقطة صوت عالية في عمود منفصل.

 

تحليل النشاط:

تنشأ النقطة الأولى التي يكون فيها الصوت في أشده عندما يهتز الأنبوب أثناء تردده الرنيني وتتكون الموجة الموقوفة في داخله.

وتحوي الموجة الموقوفة العقدة (النقطة التي لا يتحرك فيها الهواء)، حيث يكون الأنبوب مغلقاً بالماء، وقاع الموجة (حيث تكون حركة الهواء مرتفعة) في الطرف المفتوح (العمود 1، إلى اليسار).

كما يسمحبتشكيل ربع موجة داخل الأنبوب، بحيث يكون الطول الموجي لكامل الموجة الموقوفة مساوياً لأربعة أمثال المسافة التي قمت بقياسها.

 

قم بإجراء الحساب من خلال جدولك وذلك بضرب المسافة في العمود الأول بالرقم 4. تمثل الأرقام التي تحصل عليها الأطوال الموجية للشوكات الرنانة المختلفة.

ستكتشف أن الطول الموجي يصبح أقل عندما تصبح نغمة صوت الشوكة الرنانة أعلى درجة.

يمكن أن تتشكل موجات موقوفة أخرى في الأنبوب، كما تنشأ موجة ثانية عندما تتكون ثلاثة أرباع الموجة في الأنبوب (العمود 2، إلى اليسار)

 

وكذلك يمكن أن تتشكل موجة موقوفة ثالثة عندما يكون طول الأنبوب مساوياً خمسة أرباع طول موجي (العمود 3، إلى اليسار)، وأي نقاط صوتية عالية أخرى قد تكتشفها سيكون سببها الموجات الأخرى.

اضرب المسافة في العمودين الثاني والثالث بـ 1.3 و 0.8 على التوالي من أجل حساب الطول الموجي. ولابدّ أن تكون الأرقام متماثلة تقريبا بالنسبة لكل شوكة رنانة.

 

ما العمل لو أنني لم أتمكن من سماع أي تغيرات في الصوت؟

إن التغير في حجم الصوت ربما لا يكون عالياً كما تتوقع. لذا عليك أن تقوم بالتجربة مرة أخرى داخل غرفة هادئة وحاول أن تصغى بشكل جيد.

وإذا لم تكتشف أي تغيير قد يكون طول الأنبوب الذي تستخدمه غير كافٍ، لذلك ينبغي لك أن تستخدم أنبوباً أطول.

 

انهيار الجسور

تهتز الجسور عندما يمشي الناس فوقها أو إذا عصفت بها رياح عاتية.

وإذا كان تردد الاهتزاز مساوياً أو قريباً من التردد الطبيعي للجسر يمكن أن يهتز الجسر بصورة عنيفة قد تؤدي إلى سقوطه.

وقد حصل هذا الأمر عندما تسبب الرنين في انهيار الجسر المعلق فوق ممرات "تاكوما" بولاية واشنطن عام 1940.

 

الموجة الموقوفة

عندنا تتشكل موجة موقوفة داخل أنبوب مفتوح، يكون طول الأنبوبة مساوياً ربع الطول الموجي للموجة الصوتية، لذلك فإن طول الموجات الصوتية الكاملة الناتجة لا بدّ أن يكون أطول من الأداة المستخدمة بأربع مرات.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]