نشاط عملي يوّضح كيفية انتقال الموجات الصوتية عبر”البالون”

2011 تجارب علمية الصوت والسمع

كريس و ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

الموجات الصوتية البالون الفيزياء

الأهداف

1- إبطاء الموجات الصوتية.

2- استكشاف كيفية انتقال الموجات الصوتية عبر الغازات المختلفة.

 

الأدوات التي تحتاجها:

– قارورة بلاستيكية ذات عنق ضيق

– قمع

– معلقة

– مقدار معلقتين كبيرتين من مسحوق خميرة الخَبْز (بيكينغ باودر – بيكربونات الصودا)

– خل

– بالون

– خيط وشريط لاصق

– صحن صغير

– جهاز راديو

 

خطوات العمل:

1– استخدم القمع لإضافة ملعقتي طعام من مسحوق خميرة الخَبْز (البيكنغ باودر) داخل القارورة البلاستيكية.

2– أضف كمية من الخل. ربما ترى فوراناً أو تسمع صوته بسبب التفاعل الكيميائي الذي ينتج غاز ثاني أكسيد الكربون.

3- ضع البالون بسرعة فوق عنق القارورة. ستلاحظ أن البالون أخذ ينتفخ بسبب دخول غاز ثاني أكسيد الكربون فيه.

4- عندما ينتفخ البالون بالكامل. أربط عنقه بإحكام أو أغلقه بواسطة الشريط اللاصق.

5– ثبت البالون بإحكام على الصحن بالشريط اللاصق كي لا يتحرك.

6- ضع جهاز الراديو على طاولة على بعد 1.5 قدم (45سم) من البالون ثم شغل الراديو. ارفع صوت الراديو، ثم ضع أذنك على الجانب الآخر من البالون وحرك رأسك حوله إلى أن تجد النقطة التي يكون الصوت عندها في حده الأعلى. أخفض صوت الراديو إلى الدرجة التي تكاد لا تسمع عندها الصوت. وإذا لم تتمكن من الوصول إلى مفتاح الصوت، اطلب من أحد أصدقائك أن يخفض الصوت أثناء استماعك

7– الآن أبعد البالون. هل أصبح صوت الراديو أعلى أم انخفض؟

 

يعود نجاح هذه التجربة إلى أن البالون مملوء بغاز مختلف عن الهواء المحيط به. وتستطيع التوجه إلى متجر ألعاب الأطفال وتشتري بالوناً مملوءاً بغازِ الهليوم، وهو عبارة عن غاز خفيف جداً.

إن البالونات المملوءة بهذا الغاز تطير في الهواء لأن الهليوم أخف وزناً من الهواء.

كرر التجربة باستخدام بالون الهليوم وقارن نتائجك. كما أن بإمكانك أيضاً أ، تقوم بتجارب المتابعة هذه من دون شراء بالون مملوء بغاز الهليوم.

 

متابعة (1)

كرر التجربة، ولكن بدلاً من استخدام بالون مملوء بغاز ثاني أكسيد الكربون استخدام بالوناً آخر قمت بنفخه بالهواء عن طريق منفاخ الدراجات الهوائية (الهواء من مضخة الهواء يكون أقل رطوبة من نَفَسِك فيما لو نفخته عن طريق الفم).

ستكتشف هذه المرة أن البالون أحدث اختلافاً بسيطاً في الصوت الصادر عم الرادية. ولأن البالون والهواء المحيط به متماثلان، لم يُحدث البالون أي اختلاف في الطريقة التي تنتقل خلالها الموجات الصوتية.

 

متابعة (2)

1- كرر التجربة الأصلية التي استخدمت فيها البالون المملوء بغاز ثاني أكسيد الكربون، ولكن حرك رأسك نحو الخلف والأمام إلى أن تكتشف نقطة يكون عندها صوت الرادية في أعلى درجاته.

2- قِسْ المسافة من الراديو إلى البالون ومن البالون إلى رأسك.

 

3– سجّل الأرقام التي ظهرت في الحالتين في الجدول، كما في الأعلى.

4- الآن حرك الراديو لمسافة أقرب إلى البالون وحرك رأسك نحو الخلف والأمام إلى أن تجد نقطة جديدة للصوت العالي.

 

5- قِسْ مرة أخرى المسافة من الراديو إلى البالون ومن البالون إلى رأسك.

6- حرك الراديو لمسافة أبعد عن البالون مما كانت عليه بالأصل، واكتشف مرة أخرى نقطة جديدة للصوت العالي.

 

7- قِسْ مرة أخرى المسافة من الراديو إلى البالون ومن البالون إلى رأسك.

8– كرر التجربة مرات عديدة حسب رغبتك، ثم دقق في نتائجك. كيف تتغير المسافة بين البالون ورأسك عندما تتغير المسافة بين الراديو والبالون؟

 

متابعة (3)

توجه إلى الخارج إلى أحد الأماكن المزدحمة ومعك بالون ثاني أكسيد الكربون، ثم ضعه على إحدى أذنيك.

لاحظ كيف تستطيع سماع الأصوات البعيدة بشكل أوضح لأن البالون يقوم بدور التلسكوب الصوتي، حيث يعمل على تركيز الأصوات البعيدة بحيث تصبح أعلى عند نقطة قريبة من البالون.

 

تحليل النشاط:

عندما كان البالون المملوء بالغاز بين أذنك والراديو، لعلك توقعت أن البالون سيحجب الموجات الصوتية، وربما توقعت أيضاً أ، الصوت سيكون أعلى إذا أبعدت البالون.

ولا بدّ أنك وجدت أنه من الأسهل أن تسمع صوت الراديو عندما كان البالون في مكانه من أن تبعده عن ذلك المكان.

ورغم أن الهواء يحتوي على نسبة ضئيلة من ثاني أكسيد الكربون، إلا أن النسبة الأعظم فيه تتكون من الأكسجين والنتروجين.

 

إن جزيئات (جسيمات صغيرة) ثاني أكسيد الكربون أثقل وزناً من جزيئات هذه الغازات الأخرى، وينتقل الصوت من خلال ثاني أكسيد الكربون نحو أبطأ من انتقاله عبر الهواء، لأن جزيئات ثاني أكسيد الكربون أثقل وزناً.

لذلك، فإن الموجات الصوتية التي تنتقل عبر البالون تسير بشكل أبطأ من الموجات المنتقلة عبر الهواء القريب من البالون.

 

وهذا ما يجعل الموجات الصوتية خارج البالون تنكسر نحو الداخل كما تنكسر أشعة الضوء نحو الداخل بواسطة العدسة المحدبة.

(العدسة المحدبة تكون أكثر سماكة في الوسط مقارنة بسماكتها في الأطراف). ويؤدي البالون دور العدسة الصوتية، حيث يقوم بتركيز الصوت وجعله يبدو أكثر ارتفاعاً.

 

لقد واجهت صعوبة في معرفة فيما إذا كان الصوت أعلى لو أبقيت البالون في مكانه أم أزحته بعيداً.

بإمكانك محاولة تغطية أذنك الثانية (الأذن الأبعد عن الراديو) أو حجب السمع عنها تماماً باستخدام سدادات الأذن.

إن الصوت الذي يصل إلى هذه الأذن ربما لم ينتقل عبر البالون (ولعله ارتد عن الجدران، مثلاً)، لذلك من المحتمل أن يكون ذلك قد غيّر من نتائج تجربتك.

 

الصوت تحت الماء

يستطيع الغواصون سماع تأثيرات الهليوم على الصوت لأنهم يتنفسون مزيجاً من الأكسجين والهليوم بدلاً من الهواء العادي، وهو في الغالب مزيج من الأكسجين والنتروجين.

ويساعدهم ذلك على تجنب التعرض لحالة مؤلمة تسمى آلام انخفاض الضغط الجوي عند خروجهم إلى السطح. لكن صوت الغواصين وهو يتحدثون في هذا الوضع يكون على شكل صرير مضحك.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]