Skip to main content
Global

17: الصوت

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    199809

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    الصوت هو مثال للموجة الميكانيكية، وتحديداً موجة الضغط: تنتقل الموجات الصوتية عبر الهواء والوسائط الأخرى كتذبذبات للجزيئات. يشمل السمع البشري العادي نطاقًا رائعًا من الترددات من 20 هرتز إلى 20 كيلو هرتز. تسمى الأصوات التي تقل عن 20 هرتز بالموجات فوق الصوتية، بينما تسمى تلك التي تزيد عن 20 كيلو هرتز بالموجات فوق الصوتية. يمكن لبعض الحيوانات، مثل الخفافيش، سماع الأصوات في نطاق الموجات فوق الصوتية. العديد من المفاهيم التي تم تناولها في Waves لها أيضًا تطبيقات في دراسة الصوت. على سبيل المثال، عندما تواجه موجة صوتية واجهة بين وسيطين بسرعات موجة مختلفة، يحدث انعكاس الموجة ونقلها. للموجات فوق الصوتية العديد من الاستخدامات في العلوم والهندسة والطب. تستخدم الموجات فوق الصوتية للاختبارات غير التدميرية في الهندسة، مثل اختبار سمك الطلاء على المعدن. في الطب، تكون الموجات الصوتية أقل تدميراً بكثير من الأشعة السينية ويمكن استخدامها لتصوير الجنين في رحم الأم دون خطر على الجنين أو الأم. نناقش لاحقًا في هذا الفصل تأثير دوبلر، والذي يمكن استخدامه لتحديد سرعة الدم في الشرايين أو سرعة الرياح في أنظمة الطقس.

    • 17.1: مقدمة للصوت
      الصوت هو مثال للموجة الميكانيكية، وتحديداً موجة الضغط: تنتقل الموجات الصوتية عبر الهواء والوسائط الأخرى كتذبذبات للجزيئات. يشمل السمع البشري العادي نطاقًا رائعًا من الترددات من 20 هرتز إلى 20 كيلو هرتز. تسمى الأصوات التي تقل عن 20 هرتز بالموجات فوق الصوتية، بينما تسمى تلك التي تزيد عن 20 كيلو هرتز بالموجات فوق الصوتية. يمكن لبعض الحيوانات، مثل الخفافيش، سماع الأصوات في نطاق الموجات فوق الصوتية.
    • 17.2: الموجات الصوتية
      الصوت هو اضطراب المادة (موجة الضغط) التي تنتقل من مصدرها إلى الخارج. السمع هو إدراك الصوت. يمكن نمذجة الصوت من حيث الضغط أو من حيث إزاحة الجزيئات. الأذن البشرية حساسة للترددات بين 20 هرتز و 20 كيلو هرتز.
    • 17.3: سرعة الصوت
      تعتمد سرعة الصوت على الوسيط وحالة الوسيط. في السائل، بسبب عدم وجود قوى القص، تكون الموجات الصوتية طولية. يمكن للمادة الصلبة أن تدعم الموجات الصوتية الطولية والعرضية. سرعة الصوت هي نفسها لجميع الترددات والأطوال الموجية للصوت في الهواء.
    • 17.4: كثافة الصوت
      الكثافة هي نفسها للموجة الصوتية كما تم تحديدها لجميع الموجات، حيث P هي منطقة عبور الطاقة A. وحدة SI لـ I هي واط لكل متر مربع. مستوى شدة الصوت بوحدات الديسيبل (dB) يساوي لوغاريتم النسبة بين شدة السمع وشدة الحد الأدنى للسمع. إن إدراك التردد هو درجة الصوت. إن إدراك الشدة هو الجهارة والجهارة لها وحدات هاتفية.
    • 17.5: الأنماط العادية للموجة الصوتية الدائمة
      يمكن تقليل الصوت غير المرغوب فيه باستخدام التداخل المدمر. الصوت له نفس خصائص التداخل والرنين كما هو محدد لجميع الموجات. في الأعمدة الهوائية، يُطلق على الرنين ذي التردد الأدنى اسم الأساسي، بينما تسمى جميع ترددات الرنين الأعلى بالإيحاءات. بشكل جماعي، يطلق عليها اسم التوافقيات.
    • 17.6: مصادر الصوت الموسيقي
      يمكن تصميم بعض الآلات الموسيقية كأنابيب ذات شروط حدودية متماثلة: مفتوحة/مغلقة من كلا الطرفين. يمكن تصميم البعض الآخر كأنابيب ذات شروط حدودية غير متماثلة: مغلقة من أحد طرفيها ومفتوحة من الطرف الآخر. تنتج الآلات الوترية صوتًا باستخدام خيط اهتزازي مع عقد في كل طرف. يتذبذب الهواء المحيط بالخيط عند تردد السلسلة. تتشابه العلاقة بين ترددات السلسلة مع ظروف الحدود المتماثلة للأنبوب.
    • 17.7: يدق
      عندما تتداخل موجتان صوتيتان مختلفتان في التردد، يتم إنشاء نبضات بتردد نبضة يساوي القيمة المطلقة للاختلاف في ترددات الموجات الصوتية.
    • 17.8: تأثير دوبلر
      تأثير دوبلر هو تغيير في التردد الملحوظ للصوت بسبب حركة المصدر أو الراصد. التغيير الفعلي في التردد يسمى تحول دوبلر.
    • 17.9: موجات الصدمة
      رقم Mach هو سرعة المصدر مقسومًا على سرعة الصوت. عندما يتحرك مصدر الصوت بشكل أسرع من سرعة الصوت، يتم إنتاج موجة صدمة عندما تتداخل الموجات الصوتية. الطفرة الصوتية هي الصوت المكثف الذي يحدث أثناء تحرك موجة الصدمة على طول الأرض. يحدث تنبيه القوس عندما يتحرك جسم أسرع من سرعة الموجة الميكانيكية في الوسط، مثل قارب يتحرك عبر الماء.
    • 17E: الصوت (تمارين)
    • 17.S: الصوت (ملخص)

    الشكل المصغر 17.1 - السمع هو حاسة إنسانية مهمة يمكنها اكتشاف ترددات الصوت التي تتراوح بين 20 هرتز و 20 كيلو هرتز. ومع ذلك، فإن الأنواع الأخرى لها نطاقات مختلفة جدًا من السمع. الخفافيش، على سبيل المثال، تصدر نقرات بالموجات فوق الصوتية، باستخدام ترددات تتجاوز 20 كيلو هرتز. يمكنهم اكتشاف الحشرات القريبة من خلال سماع صدى هذه النقرات فوق الصوتية. تعد الموجات فوق الصوتية مهمة في العديد من التطبيقات البشرية، بما في ذلك فحص الهياكل الداخلية للأجسام البشرية والأرض والشمس. الموجات فوق الصوتية مفيدة أيضًا في الصناعة للاختبارات غير التدميرية. (الائتمان: تعديل العمل من قبل أنجيل ويليامز)