الفيزياء والفلك > فيزياء
سلسلة الأمواج الصوتية: 2-أنواعها وبعض تطبيقاتها.
تحدثنا في المقال الماضي هنا عن تعريف الموجة الصوتيّة وشرحنا كيف يتمّ تمثيلها على شكل مُنحني بياني من أجل تبسيط تخيّلها ودراسة خصائصها. واستعرضنا خصائص الموجة الصوتية البسيطة التي لا نجدها عادة إلا في المختبرات.
اليوم سنتحدث عن الأمواج الصوتية في العالم الواقعي. في حياتنا اليومية نكون محاطين بآلاف الأمواج الصوتية التي تدخل آذاننا كل دقيقة. عند وجود موجتين صوتيتين (أو أكثر) في وسطٍ واحد (ليكن الهواء مثلاً) فإنهما ستتداخلان مع بعضهما وتشكلان موجة ثالثة تكون خصائصها (طولها وارتفاعها و ترددها) وحتى شكلها ناتجاً عن خصائص الموجتين الأصلييتين.
الشكل التالي يوضح بعض الأمثلة عن تداخل الأمواج:
في الحالة الأولى (من اليسار): يوجد لدينا موجتان متماثلتان من حيث الشكل، ولهما نفس الخصائص (الطول والإرتفاع والتردد). كما أنهما متفقتان في الطور، أي أن قمة الموجة الأولى تقابل قمة الموجة الثانية، وقاع الموجة الأولى يقابل مع قاع الموجة الثانية وهكذا.
الموجة الناتجة عنهما يكون لها نفس الطول ونفس التردد لكن ارتفاعها يساوي مجموع ارتفاعي الموجتين السابقتين.
في الحالة الثانية (في الوسط): يوجد لدينا أيضاً موجتان متماثلتان ولهما نفس الخصائص، لكنهما متعاكستان في الطور. بمعنى أن قمّة الموجة الأولى يقابلها قاع الموجة الثانية والعكس بالعكس.
الموجة الناتجة تكون معدومة (إرتفاعها صفر) أي يعُم حينها الصمت. حيث أن الموجتين الأصليتين تلغيان بعضهما البعض. تعمل بعض مخمدات الصوت الالكترونية وفقاً لهذا المبدأ.
في الحالة الثالثة (في اليمين): يوجد لدينا موجتان غير متماثلتين عندما تتداخلان تتشكل لدينا موجة جديدة غير منتظمة الشكل، وهي ناتجة عن الجمع الجبري لمطالي الموجتين. وهي مشابهة للأصوات التي نسمعها يومياً.
أنواع الأمواج الصوتية :
تُصنف الأمواج الصوتية وفقاً لقيم التواترات التي تقع ضمنها إلى ثلاث فئات :
1-الأمواج المسموعة : وهي الأمواج التي تقع ضمن نطاق التواترات التي يمكن للأذن البشرية أن تتحسسها، ويمكن توليدها بعدة طرق، عن طريق الآلات الصوتية مثلاً ومكبرات الصوت والحبال الصوتية للإنسان.
وتقع تواتراتها في المجال بين (20Hz- 20 KHz).
2-الأمواج تحت الصوتية : وهي الأمواج ذات التواترات الأخفض من تواترات الأمواج المسموعة أي أقل من 20Hz .
وتستخدم الفيلة الأمواج تحت الصوتية للتواصل مع بعضها البعض حتى عندما تفصل بينها عدة كيلومترات.
3-الأمواج فوق الصوتية : وهي الأمواج ذات التواترات الأعلى من تواترات الأمواج المسموعة أي أعلى من 20KHz.
ويمكن للكلاب سماع الأصوات الناتجة عن مثل هذه الأمواج.
إنعكاس الصوت:
عندما تصل الموجة الصوتيّة إلى سطح ما أو وسط ما مغاير للوسط الأصلي الذي تنتشر خلاله، فإن قسم منها يرتد بالاتجاه المعاكس. في حالة الصدى إن صوتك يصل إلى الجدار المقابل ثم يرتد عنه ويعود إلى إذنك فتسمعه مرة ثانية. لهذه الظاهرة العديد من الاستعمالات المهمة ونذكر منها:
التصوير الطبي: حيث يمكن الاستفادة من أحد أنواع الأمواج الصوتية ( وتحديدا الأمواج فوق الصوتية ) لتشكيل صورعن القلب أو الجنين. تتميز هذه الطريقة بصور واضحة جداً ولا تحتاج لتعريض المريض إلى الإشعاعات، والتي يمكن أن تضر الأنسجة الحيّة.
حساب أعماق المياه في البحار والمحيطات: تقوم سفينة بإرسال إشارة صوتية إلى قاع المحيط وتنتظر ارتداها وعودتها. عن طريق حساب الزمن الذي تستغرقه الإشارة للقيام بذلك بدقة، ومعرفة سرعة إنتشار الصوت في الماء يمكن معرفة المسافة التي قطعها الصوت وبالتالي معرفة عمق المحيط. نفس المبدأ استعمل في الحرب العالمية الثانية لكشف غواصات العدو. الجدير بالذكر أن الصوت ينتشر في الماء بسرعة (1.5 كم/ثانية) تقريباً وهي أكبر بحوالي 4 مرات من سرعة إنتشاره في الهواء، والسبب في ذلك أن الجزيئات في الهواء تكون بعيدة عن بعضها البعض، بينما تكون أقرب بكثير إلى بعضها في الماء وبالتالي يمكن أن تنقل طاقة الاهتزاز من جسيمة إلى أخرى مجاورة لها ولذلك فالموجة الصوتية تحافظ على طاقتها لمسافات أطول في الماء.
سنتحدث في المقال التالي عن خصائص الصوت عندما يكون المصدر الصوتي متحركاً وعن ما يسمى تأثير دوبلر. وما هي حالاته الخاصة واستعملاته.
المصادر: