تويت
الموجات الصوتية
تعريف الموجات الصوتية
تُعرف الموجات الصوتية على أنّها مجموعةٌ من الذبذباتِ الخاصة التي تُميز الأذن بواسطتها الأصوات وتتعرف عليها، وهي أيضًا عبارة عن حركةِ الطاقة التي تنتقلُ عبرَ الوسيط الناتجةِ عن اضطرابِ بعض المواد كالماءِ والهواءِ أو أي مادةٍ سائلةٍ أو غازيةٍ والأمواج الخاصة بالأوساط السائلة والغازية تُسمى الموجات الضغطية أو الطويلة
أما الموجات المستعرضة توجد بالأوساط الصلبة كما لدينا من المواد التي تَصدر منها الأصوات الكائناتُ الحية كالحبالِ الصوتيةِ لشخصٍ أو أي شيءٍ يسببُ الاهتزاز كالهاتف، وهذه الأصوات تُمكن الكائنات الحية من التواصل مع بعضها البعض كما يمكن رؤية حركة الصوت كالموجاتِ في الهواء.
أنواع الموجات الصوتية
هناك أنواعٌ متعددةٌ للأمواج الصوتية كما ذُكر في التعريف السابق أنّ لدينا نوعان من الأمواج الصوتية وهذان النوعان هما الأساسيان وهما:
الموجات الطولية
وفيها يتم تذبذب جزيئات الوسط حول مواضع اتزانها في اتجاه انتشار الحركة الموجية والتي تتكون من تضاغطاتٍ وتخلخلاتٍ، ويوجد نوعان رئيسان لها وهما الموجات الكهرومغناطيسية فهي أساسًا موجاتٌ عرضيةٌ حيث يتذبذب كلًا من الجهد الكهربائي والجهد المغناطيسي عموديًّا على انتشار الموجة، والنوع الثاني هو الموجات الميكانيكية والتي تشمل أغلب الموجات الطولية مثل الموجات الصوتية التي تنتشر في الهواء أو الماء أي في الأوساط السائلة والغازية.
ولكن هنا يجب أن نفرق بين الموجتين الطولية والعرضية من حيث نقطتين مهمتين، منها اتجاه حركة الموجات الصوتية والأوساط الأنسب لهما من ناحية الأمواج الطولية تهتز جزيئاتها ذهابًا وإيابًا في اتجاهٍ واحدٍ، نفس الاتجاه الذي تتحرك فيه الموجة ويعمل في متوسطٍ سائلٍ أو غازٍ، أما بالنسبة للموجات العرضية تكون حركة جزيئاتها للأعلى والأسفل، أي عند الزاوية اليمنى باتجاه تحرك الموجة ويكون عمله في الأوساط الصلبة والسالة فقط عدا الغازية.
الموجات المستعرضة
هو ارتباطٌ قويٌّ بين جزيئات الوسط الناقل التي تهتز إلى الأعلى والأسفل عموديًا حول موضع الكون في نفس خط انتشار الموجة، وهذا الارتباط موجودٌ بين جزيئات الماء والسوائل الأخرى، حيث أن جزيئات الماء تنعدم قوى الترابط بينها في القاع وهذا هو شرط حدوث الموجات الطولية عند اهتزاز جزيئات الماء عند القاع حول موضع السكون في نفس خط انتشار الموجة.
كما يمكننا تقسيم الأمواج الصوتية حسب التردد الخاص بها وهذا التقسيم يحتوي على أنواعٍ مختلفةٍ وأهمها ثلاثة أنواعٍ وهي:
الموجات السمعية
هذا النوع يركز على قدرة الإنسان على السمع حيث يمكنه من خلال التردد التمييز والتفاعل مع الأشياء بكل سهولةٍ والتي ينحصر ترددها من ال20 هيرتز إلى 20كيلو هيرتز.
الموجات فوق السمعية
وهذا النوع يركز على الترددات التي تفوق قدرة الإنسان في السمع ويكون ترددها يزيد عن20 كيلوهرتز.
الموجات دون السمعية
وهذه الموجات بعكس الموجات فوق السمعية حيث أن تردد هذه الموجات يقل عن قدرة الإنسان في السمع وإدراك الأصوات حيث تقل تردد هذه الموجات عن ال20 هيرتز.
خصائص الموجات الصوتية
هناك خمس خصائص لوصف الأمواج الصوتية وهي من أهم الخصائص التي تحدد أهميتها وهذه الخصائص هي :
كيف تنشأ الموجات الصوتية
تتشكل الموجات الصوتية نتيجةً لاهتزاز أي كائنٍ حيٍّ مما يؤدي لاهتزاز الهواء المحيط به، تقوم الموجات الصوتية بالانتقال عبر الهواء وذلك بنفس طريقة انتقال موجات الماء في الماء.
عند تحول الأشارات إلى امواج صوتية يتغير ضغط الهواء وتبدأ الإشارات بالعلو والهبوط تارةً تلو الأخرى، فالقيم العالية تمثل مناطق زيادة ضغط الهواء والقيم الدنيا تُمثّل مناطق منخفضة الضغط. حيث أنّ المناطق مرتفعة الضغط تمثل نقاطًا ذات كثافةٍ عاليةٍ من الجزيئات، أما المناطق الموجية المنخفضة تُمثل نقاطًا تحتوي كثافةً منخفضةً من الجزيئات.
تُعرف الموجات الصوتية على أنّها مجموعةٌ من الذبذباتِ الخاصة التي تُميز الأذن بواسطتها الأصوات وتتعرف عليها، وهي أيضًا عبارة عن حركةِ الطاقة التي تنتقلُ عبرَ الوسيط الناتجةِ عن اضطرابِ بعض المواد كالماءِ والهواءِ أو أي مادةٍ سائلةٍ أو غازيةٍ والأمواج الخاصة بالأوساط السائلة والغازية تُسمى الموجات الضغطية أو الطويلة
أما الموجات المستعرضة توجد بالأوساط الصلبة كما لدينا من المواد التي تَصدر منها الأصوات الكائناتُ الحية كالحبالِ الصوتيةِ لشخصٍ أو أي شيءٍ يسببُ الاهتزاز كالهاتف، وهذه الأصوات تُمكن الكائنات الحية من التواصل مع بعضها البعض كما يمكن رؤية حركة الصوت كالموجاتِ في الهواء.
أنواع الموجات الصوتية
هناك أنواعٌ متعددةٌ للأمواج الصوتية كما ذُكر في التعريف السابق أنّ لدينا نوعان من الأمواج الصوتية وهذان النوعان هما الأساسيان وهما:
الموجات الطولية
وفيها يتم تذبذب جزيئات الوسط حول مواضع اتزانها في اتجاه انتشار الحركة الموجية والتي تتكون من تضاغطاتٍ وتخلخلاتٍ، ويوجد نوعان رئيسان لها وهما الموجات الكهرومغناطيسية فهي أساسًا موجاتٌ عرضيةٌ حيث يتذبذب كلًا من الجهد الكهربائي والجهد المغناطيسي عموديًّا على انتشار الموجة، والنوع الثاني هو الموجات الميكانيكية والتي تشمل أغلب الموجات الطولية مثل الموجات الصوتية التي تنتشر في الهواء أو الماء أي في الأوساط السائلة والغازية.
ولكن هنا يجب أن نفرق بين الموجتين الطولية والعرضية من حيث نقطتين مهمتين، منها اتجاه حركة الموجات الصوتية والأوساط الأنسب لهما من ناحية الأمواج الطولية تهتز جزيئاتها ذهابًا وإيابًا في اتجاهٍ واحدٍ، نفس الاتجاه الذي تتحرك فيه الموجة ويعمل في متوسطٍ سائلٍ أو غازٍ، أما بالنسبة للموجات العرضية تكون حركة جزيئاتها للأعلى والأسفل، أي عند الزاوية اليمنى باتجاه تحرك الموجة ويكون عمله في الأوساط الصلبة والسالة فقط عدا الغازية.
الموجات المستعرضة
هو ارتباطٌ قويٌّ بين جزيئات الوسط الناقل التي تهتز إلى الأعلى والأسفل عموديًا حول موضع الكون في نفس خط انتشار الموجة، وهذا الارتباط موجودٌ بين جزيئات الماء والسوائل الأخرى، حيث أن جزيئات الماء تنعدم قوى الترابط بينها في القاع وهذا هو شرط حدوث الموجات الطولية عند اهتزاز جزيئات الماء عند القاع حول موضع السكون في نفس خط انتشار الموجة.
كما يمكننا تقسيم الأمواج الصوتية حسب التردد الخاص بها وهذا التقسيم يحتوي على أنواعٍ مختلفةٍ وأهمها ثلاثة أنواعٍ وهي:
الموجات السمعية
هذا النوع يركز على قدرة الإنسان على السمع حيث يمكنه من خلال التردد التمييز والتفاعل مع الأشياء بكل سهولةٍ والتي ينحصر ترددها من ال20 هيرتز إلى 20كيلو هيرتز.
الموجات فوق السمعية
وهذا النوع يركز على الترددات التي تفوق قدرة الإنسان في السمع ويكون ترددها يزيد عن20 كيلوهرتز.
الموجات دون السمعية
وهذه الموجات بعكس الموجات فوق السمعية حيث أن تردد هذه الموجات يقل عن قدرة الإنسان في السمع وإدراك الأصوات حيث تقل تردد هذه الموجات عن ال20 هيرتز.
خصائص الموجات الصوتية
هناك خمس خصائص لوصف الأمواج الصوتية وهي من أهم الخصائص التي تحدد أهميتها وهذه الخصائص هي :
- الطول الموجي للموجة الصوتية: حيث أن طول الموجة وحدةٌ كاملةٌ هو نفسه الحد الأدنى للمسافة التي تتكرر فيها الموجة الصوتية، ويُشار إلى طول الموجة بالرمز اليوناني "لامداl)" ) كما تعد المسافة بين ضغطتين متتاليتين أو نافورتين متتاليتين بطول الموجة ولكن يجب الانتباه لنقطةٍ مهمةٍ ألا وهي: أن المسافة بين مراكز الانضغاط يساوي نصف طول الموجة أيl/2 .
- السعة: ويُطلق على أقصى إزاحة لجزيئات الوسيط عن موقعها الأساسي الناتج عن مرور الموجة عبرها وتهجير جزيئاتها مؤقتًا من موقعها الأصلي، حيث أن السعة تُستخدم لقياس حجم الموجة بوحدة المتر أحيانا أو السنتيمتر ومن هنا نستنتج بأن سعة الجسم المهتز لإنتاج الموجة يساوي سعة الموجة ذاتها.
- الدور: هو الوقت المستغرق لإكمال اهتزاز واحد ويمكننا القول أيضًا أنه الوقت اللازم لإنتاج موجة أو دورة أو دورة واحدة كاملة وتنتج هذه الدورة عن طريق اهتزاز كامل الجسم الاهتزازي، كما يشار إلى وحدة قياس الفترة الزمنية بالرمز(T)وهي "الثانية".
- التردد: وهو عدد الاهتزازات في الثانية الواحدة كما يمكننا أن نعرفه أيضًا بعدد الموجات أو الدورات الكاملة المنتجة في الثانية الواحدة، ولكن يجب أن نعلم هنا بأن تردد الموجات ثابتٌ ولا يتغير حتى عند عبوره بموادٍ مختلفةٍ ويرمز إلى تردد الموجات بالرمز "هرتز"(HZ).
- سرعة الموجة: ويُطلق على المسافة المقطوعة بواسطة موجة في ثانيةٍ واحدةٍ ووحدة القياس لسرعة الموجة في "المتر في الثانية" ويرمز ب(m/s) .
كيف تنشأ الموجات الصوتية
تتشكل الموجات الصوتية نتيجةً لاهتزاز أي كائنٍ حيٍّ مما يؤدي لاهتزاز الهواء المحيط به، تقوم الموجات الصوتية بالانتقال عبر الهواء وذلك بنفس طريقة انتقال موجات الماء في الماء.
عند تحول الأشارات إلى امواج صوتية يتغير ضغط الهواء وتبدأ الإشارات بالعلو والهبوط تارةً تلو الأخرى، فالقيم العالية تمثل مناطق زيادة ضغط الهواء والقيم الدنيا تُمثّل مناطق منخفضة الضغط. حيث أنّ المناطق مرتفعة الضغط تمثل نقاطًا ذات كثافةٍ عاليةٍ من الجزيئات، أما المناطق الموجية المنخفضة تُمثل نقاطًا تحتوي كثافةً منخفضةً من الجزيئات.