سرعة الصوت

من المؤكد أنك رأيت مرات عديدة أنه عندما تكون هناك عاصفة ، فإن أول شيء يكون هناك ضوء هو البرق ثم يأتي الصوت. هذا يرجع إلى سرعة الصوت. اكتشف العلماء السرعة القصوى التي يمكن أن ينتشرها الصوت عبر الهواء. هذا مهم جدا في الفيزياء.

لذلك ، سنخصص هذه المقالة لنخبرك بكل ما تحتاج لمعرفته حول سرعة الصوت وكيفية انتشاره.

سرعة الصوت

تعتمد سرعة انتشار الموجة الصوتية على خصائص الوسط الذي تنتشر فيه ، وليس على خصائص الموجة أو القوة التي تنتجها. وتسمى سرعة انتشار الموجات الصوتية أيضًا بسرعة الصوت ، ففي الغلاف الجوي للأرض ، درجة الحرارة 20 درجة مئوية ، أي 343 مترًا في الثانية.

تختلف سرعة الصوت باختلاف وسيط الانتشار ، وتساعد طريقة انتشاره في الوسط على فهم خصائص معينة لوسط الإرسال بشكل أفضل. عندما تتغير درجة حرارة وسيط الانتشار ، ستتغير سرعة الصوت أيضًا. وذلك لأن ارتفاع درجة الحرارة يؤدي إلى زيادة وتيرة التفاعلات بين الجسيمات التي تحمل الاهتزازات ، مما يترجم إلى زيادة في سرعة الموجة.

بشكل عام ، سرعة الصوت في المواد الصلبة أعلى منها في السوائل وسرعة الصوت في السوائل أعلى منها في الغازات. وذلك لأنه كلما زادت صلابة المادة ، زادت درجة تماسك الروابط الذرية ، مما يساعد على انتشار الموجات الصوتية.

تعتمد سرعة انتشار الصوت بشكل أساسي على مرونة الوسط الذي ينتشره. تشير المرونة إلى القدرة على استعادة شكلها الأصلي.

ما هو الصوت

الصوت عبارة عن موجة ضغط يمكن أن تنتشر عبر الهواء عن طريق الضغط والاكتئاب. الصوت الذي نلاحظه من حولنا ليس أكثر من طاقة متولدة من الاهتزازات التي تنتشر عبر الهواء أو أي وسيلة أخرى ، والتي يمكن استقبالها وسماعها عندما تصل إلى الأذن البشرية. نحن نعلم أن الصوت ينتقل على شكل موجات.

الموجات هي اضطرابات اهتزازية في الوسط ، والتي تنقل الطاقة من نقطة إلى أخرى دون اتصال مباشر بين هاتين النقطتين. يمكننا القول أن الموجة تنتج عن اهتزاز جسيمات الوسط الذي تمر من خلاله ، أي عملية الانتشار المقابلة للإزاحة الطولية (في اتجاه الانتشار) لجزيئات الهواء. تظهر المنطقة ذات الإزاحة الكبيرة في المنطقة التي يكون فيها اتساع تغير الضغط صفراً والعكس صحيح.

الصوت في مكبر الصوت

يهتز الهواء في أنبوب بسماعة في أحد طرفيه ومغلق من الطرف الآخر على شكل موجات. ثابت طوليا. الأنماط الخاصة لاهتزاز الأنابيب بهذه الخصائص. إنه يتوافق مع موجة جيبية ، طولها الموجي بحيث تكون هناك نقطة بسعة صفرية. عقدة العادم في نهاية السماعة والنهاية المغلقة للأنبوب ، لأن الهواء لا يمكن أن يتحرك بحرية بسبب السماعة وغطاء الأنبوب ، على التوالي. في هذه العقد لدينا أقصى تغير في الضغط ، عقدة عكسية أو بطن ، للموجة الواقفة.

سرعة الصوت في الوسائط المختلفة

تختلف سرعة الصوت باختلاف الوسط الذي تنتشر فيه الموجة الصوتية. يتغير أيضًا مع درجة حرارة الوسط. وذلك لأن الزيادة في درجة الحرارة تؤدي إلى زيادة وتيرة التفاعلات بين الجسيمات التي تحمل الاهتزازات ، وزيادة هذا النشاط تزيد السرعة.

على سبيل المثال ، في الثلج ، يمكن للصوت أن ينتقل لمسافات طويلة. هذا بسبب الانكسار تحت الثلج ، وهو ليس وسيطًا متجانسًا. كل طبقة من الثلج لها درجة حرارة مختلفة. أعمق الأماكن التي لا تستطيع الشمس الوصول إليها أبرد من السطح. في هذه الطبقات الأكثر برودة بالقرب من الأرض ، تكون سرعة انتشار الصوت أبطأ.

بشكل عام ، تكون سرعة الصوت في المواد الصلبة أكبر منها في السوائل وأعلى في السوائل منها في الغازات. هذا لأنه كلما زاد تماسك الروابط الذرية أو الجزيئية ، زادت قوة المادة. سرعة الصوت في الهواء (عند درجة حرارة 20 درجة مئوية) هي 343,2 م / ث.

دعنا نرى سرعة الصوت في بعض الوسائط:

• في الهواء ، عند 0 درجة مئوية ، ينتقل الصوت بسرعة 331 م / ث (لكل درجة مئوية ترتفع درجة الحرارة ، تزداد سرعة الصوت بمقدار 0,6 م / ث).
• في الماء (عند 25 درجة مئوية) تبلغ 1593 م / ث.
• في الأنسجة 1540 م / ث.
• في الخشب 3700 م / ث.
• في الخرسانة 4000 م / ث.
• في الفولاذ 6100 م / ث.
• في الألومنيوم 6400 م / ث.
• في الكادميوم تبلغ 12400 م / ث.

تعد سرعة انتشار موجة الضغط مهمة جدًا في دراسة ظاهرة الرنين في مجمع المحرك الترددي وتعتمد على خصائص البيئة. على سبيل المثال ، بالنسبة للغازات ، يعتمد المزيج المتبخر في مجمع السحب أو الغازات المحترقة في مشعب العادم على كثافتها وضغطها.

أنواع موجات التكاثر

هناك نوعان من الموجات: موجات طولية وموجات عرضية.

• موجه طويلة: موجة تهتز فيها جسيمات الوسط من جانب إلى آخر في نفس اتجاه الموجة. يمكن أن يكون الوسط صلبًا أو سائلًا أو غازيًا. لذلك فإن الموجات الصوتية هي موجات طولية.
• موجة عرضية: موجة تهتز فيها الجسيمات في الوسط لأعلى ولأسفل "بزوايا قائمة" في اتجاه حركة الموجة. تظهر هذه الموجات فقط في المواد الصلبة والسائلة وليس الغازات.

لكن تذكر أن الموجات تنتقل في جميع الاتجاهات ، لذلك من السهل التفكير فيها على أنها تمر عبر كرة.

آمل أن تتمكن من خلال هذه المعلومات من معرفة المزيد عن سرعة الصوت وخصائصه.