السبت، 14 مايو، 2011

 الوحـدة الثانيـــة
الصــوت

الأهـداف الخاصـة:-
·        التعرف على قوانين الصوت.
·        دراسة إنعكاس الصوت.
·        أن يكون الطالب قادراً على:-
·              إثبات قوانين الصوت وإنعكاسه.
·              قياس سرعة الصوت خلال الصخور المحيطة بالبئر.



















مقدمة :
          تحدث الأصوات أو النغمات نتيجة لإهتزاز الأجسام ، هذه الإهتزازات (الموجات) تنتقل في الهواء أو أي وسط مادي أخر في جميع الإتجاهات ، وتتحرك هذه الإهتزازات بسرعات مختلفة وعندما تصل إلي عضو السمع لأي كائن حي وهو الأذن في الإنسان ، تقوم الأذن بنقل هذه الإهتزازات بعد تكبيرها إلي المخ عن طريق العصب السمعي ، فيعمل المخ على ترجمة هذه الإهتزازات إلي أصوات أو نغمات.
وكذلك ينتقل الصوت في الغازات والسوائل والأجسام الصلبة ، ولابد من التركيز على أن الصوت لا ينتقل في الفراغ.



















دراسة قـوانـيـن الصوت

ينتقل الصوت من مصدر الصوت إلي أذن الإنسان علي هيئة موجات تسمي بالموجات الصوتية ، وهناك موجات أخري تحتاج لوسط كي تنتشر فيه مثل الموجات المائية وكذلك الأمواج التي تنتشر في الأوتار أثناء إهتزازها وهى ما تسمي بالأمواج الميكانيكية.
تصنيف الأمواج الميكانيكية:-
          عندما يهتز مصدر ما بكيفية معينة تهتز أجزاء الوسط المحيط بنفس الكيفية ، وينتقل الإهتزاز من أجزاء الوسط المحيطة بالمصدر إلي أجزاء الوسط التي تليها وهكذا ينتشر هذا الإهتزاز في الوسط على هيئة حركة موجية.
          فالموجة: هي إضطراب (أو إهتزاز) ينتشر في الوسط المحيط بهذه الموجة.
          وتنقسم الأمواج الميكانيكية إلي نوعين همـا:-
( أ ) أمواج طولية: وفيها تهتز أجزاء الوسط أثناء انتشار الموجه في نفس إتجاه انتقالها.
(ب) أمواج مستعرضة: وفيها تهتز أجزاء الوسط أثناء إنتشار الموجة في إتجاه عمودي على إتجاه إنتقالها.
( أ ) الأمواج الطوليــة:-
          ولبيان الأمواج الطولية ندرس حركة فرعي شوكة رنانة مهتزة حيث يقترب فرعا الشوكة تارة ويبتعدان تارة أخري


                                              
                                 





أي أن أحد الفرعين يتحرك بين الوضعين ( أ ) ، (ب). فإذا تحرك هذا الفرع من ( أ ) إلي (ب) دفع طبقة الهواء الملاصقة له من جهة اليمين فتضغط ويزداد ضغطـها عن المعتـاد أي تتكون حـالة تضـاغط ، وعند عـودة فرع الشـوكة من (ب) إلي  ( أ ) يسحب معه هذه الطبقة فتتخلخل وينقص ضغطها عن المعتاد أي يحدث بها حالة تخلخل. وعندما تضغط طبقة الهواء اللاصقة لفرع الشوكة فإنها تضغط على طبقة الهواء المجاورة لها وهذه الأخيرة تعمل المثل وبذلك ينتقل التضاغط خلال طبقات الهواء وعندما يعود فرع الشوكة من (ب) إل ( أ ) وتتخلخل طبقة الهواء الملاصقة من جهة اليمين فإنها تتحرك متتبعة فرع الشوكة فتسبب تخلخلاً في طبقة الهواء المجاورة لها. وتبدأ حالة تخلخل خلال طبقات الهواء في الإنتقال فإذا إهتز فرعا الشوكة باستمرار وانتظام انتقلت خلال طبقات الهواء حالات من التضاغط والتخلخل متعاقبة ويقال أن موجة طولية تنتقل في الهواء. ويظهر فيها أن جزيئات الوسط تهتز في نفس اتجاه انتقال الموجة.
وتشاهد الأمواج الطولية بوضوح عندما يهب نسيم على حقل من القمح نضجت حباته وجفت سيقانه. فعندما يحرك النسيم سنابل القمح فيجعلها تهتز ، نشاهد حالات التضاغط والتخلخل تنتقل في الحقل من أحد جوانبه إلي الجانب الأخر، و تتقارب سيقان القمح عندما تكون في حالة تضاغط وتتباعد هذه السيقان عندما تكون في حالة تخلخل.
 (ب) الأمواج المستعرضة:-
تعد الأمواج المنتشرة في وترمشدود مثالاً نموذجيا للأمواج المستعرضة ويوضح الشكل  حبلاً من المطاط مثبتاً من طرفيه. وإذا حددنا نقطتين ب ، ج على الحبل وجذبنا النقطة ب إلي أعلي ثم تترك فإن النقطتان ب ، ج تتحركان معاً فتبدأ ب في الانخفاض عائدة إلي موضع إتزانها وتبدأ النقطة ج في الارتفاع وتستمر العملية. ونتيجة لذلك تسري نبضة مستعرضة في الوتر المشدود من اليسار إلي اليمين  كما تبدو في الشكل. 

ويلاحظ أن الموجة تنتقل على طول الحبل من اليسار إلي اليمين في إتجاه أفقي ولكن كل جزء من أجزاءالحبل يتحرك في إتجاه رأسي أي في إتجاه عمود ئ علئ إتجاه إنتقال الموجة.
فإذا بلغت القمة أحد أجزاء الحبل تجذب هذا الجزء فيتحرك حركة بسيطة إلي أعلي موضع سكونه الأصلي وإذا بلغ القاع تقعر وتحرك حركة بسيطة إلي أسفل موضع سكونه.
وتشاهد الموجات المستعرضة بوضوح عندما يلقي حجر صغير في بحيرة بها ماء ساكن حيث تري القمم والقيعان المكونة للموجة على هيئة دوائر متحدة المركز مركزها موضع سقوط الحجر. فإذا وجدت قطعة فلين طافية على سطح الماء وشوهدت أثناء انتشار الموجة نجد أنها تتحرك إلي أعلي وإلي أسفل. بمعني أن القمم والقيعان تنتشران في إتجاه أفقي ولكن نقطة الماء تتذبذب في إتجاه رأسي تذبذباً بسيطاً حول مواضع سكونها الأصلي.
الطول الموجـي:-
إذا فرضنا أن حبلاً من المطاط تنتقل عليه موجات مستعرضة فإن النقطتين المتتاليتين ( أ ) ، (ج) تكونان في طور واحد من الحركة وهي في الشكل عبارة عن قمتين.
(د) تكونان في طور واحد من الحركة أيضاً وهما في الشكل عبارة عن قاعين. ويسمي البعد بين نقطتين متتاليتين تكونان في طور واحد من الحركة "طول الموجة".
في الموجة المستعرضة يكون طول الموجة هو المسافة بين قمتين متتاليتين أو قاعين متتاليتين. كمـا يعبر عن المسافة بين مركزي تضاغطين متتاليين ( أ ج ) أو تخلخلين متتالين (ب د) في الموجة الطولية بالطول الموجى "ج" . 
ويلاحظ أن النقطتين أ ، ج في نفس الطور كما أن النقطتين ب ، د يكونان في نفس الطور.
         




أى أن:-    أ ج = ب د = ج
 أى أن الطول الموجي يعرف بأنه المسافة بين أي نقطتين متتاليتين لهما نفس الطور.

كما يطلق على عدد الأمواج التي تمر بنقطة معينة في مسار الحركة الموجبة في الثانية الواحدة إسم التردد (ت).
وعلى ذلك فالتردد هو عدد الذبذبات الكاملة التي يهتزها الجسم في الثانية الواحدة.

العلاقة بين التردد وطول الموجة وسرعة إنتشار الموجة:

تعرف الذبذبة الكاملة بأنها الحركة التي يعملها الجسم المهتز بين مروره بنقطة مرتين متتاليتين في إتجاه واحد.
أي أنه كلما عملت شوكة رنانة ذبذبة كاملة انتقلت الموجة مسافة تساوي الطول الموجي (ج).
فإذا كانت (ت) تمثل عدد الأمواج التي تمر بنقطة واحد في الثانية الواحدة.
أي أن صدر الموجة يكون قد انتقل في ثانية واحدة مسافة تساوي (ت ج).
وحيث أن سرعة الموجة ( ع ) هي المسافة التى تقطعها الموجة في ثانية واحدة.
من ذلك نستنتج أن:  ع = ت × ج
أي أن سرعة الموجة = التردد × الطول الموجي.
ويقاس التردد بوحدة ذبذبة / ثانية ويرمز له بالرمز ذ/ث أ ، سيكل/ثانية أ ، هيرتز. وهناك وحدات أكبر مثل:
                   كيلو هيرتز = 1000 هيرتز.
                   ميجا هيرتز = 610 هيرتز.   
عمل الموجات:-
          كل صوت من اقل خرفشة إلي أشد زئير يصم الأذان هو عبارة عن موجة من الطاقة مكونة من جزيئات متذبذبة صغيرة جداً. وتنتقل الطاقة من جزئ إلي أخر إلي أن تصل إلي الأذان. ويمكن أن تنتقل الموجات الصوتية من خلال الغازات والسوائل والمواد الصلبة ولكن ليس من خلال المساحات مفرغة الهواء. وهذا هو السبب في أن فراغ الفضاء صامت تماماً.
          يصدر الحوت الأزرق أصواتاً تصل إلي 188 ديسيبل ، أي أعلي من أي كائن حى أخر. ويمكن سماع الموجات الصوتية على بعد مئات الكيلومترات خلال الماء.

سرعة الصوت:-

          في الهواء تتحرك الموجات الصوتية بسرعة تزيد على 1000 كيلو متر في الساعة. الشخص الذي يجري بهذه السرعة يمكنه عبور ثلاثة ملاعب كرة قدم في ثانية واحدة. ولكن الصوت ينتقل بسرعة أكبر في السوائل والمواد الصلبة ، لأن جزيئاتها أقرب إلي بعضها. والواقع أن سرعة انتقال الصوت خلال الماء تزيد خمس مرات عنها في الهواء ، وتزيد خمس عشرة مرة خلال الصلب.
كلما إزدادت حدة الصوت كانت الذبذبات أقرب إلي بعضها ووحدة قياس تردد الصوت (عدد الموجات الصوتية في الثانية) هي الهرتز.
          ارتفاع قمم الموجات الصوتية وعمق قاعها هو سعتها ، وهو ما يبين مدى ارتفاعها. و تقاس شدة الصوت بالديسيبل.


      الصوت الحادة ، كصوت الصافرة                          الصوت الناعم سعته صغيرة                                                                         
                   تردده عالي

          الصوت الجهير ، كصوت التوبا                     الصوت المرتفع سعته كبيرة
          (آلة نفخ) ، تردده منخفض                 
          تتراوح الأصوات التي يمكن للأذن البشرية إلتقاطها بين 20 , 20 ألف هيرتز. وتسمي الأصوات الأعلي من ذلك فوق صوتية والأقل من ذلك تحت صوتية. ولا يمكن للبشر سماع تلك الأصوات ، ولكن مخلوقات أخري يمكنها سماعها ، فعلي سبيل المثال تختبئ الفيلة قبل وقت طويل من بدء العاصفة لأنها تكتشف قصف الرعد البعيد منخفض الصوت أسرع من البشر. كما أنها تتصل ببعضها بنداءات تحت صوتية.
         



فيما يلي مدي الأصوات التي يمكن للبشر التعرف عليها مقارنة بتلك التي تكتشفها الحيوانات الأخرى.
                   25000 – 100000 هرتز – صرخات الخفاش
                   40000 هرتز – الحد الأعلي لسمع الكلاب
                   20000 هرتز – الحد الأعلي لسمع البشر
                   300 - 3000  هرتز – الكلام البشري
                   20 هرتز – الحد الأدني لسمع البشر
                   17 – 29 هرتز – نداءات الحيتان
                   12 – 35 هرتز – نداءات الفيلة
أمثلة محلولة:-
1-            إحسب طول موجة نغمة في الهواء ترددها 500 ذبذبة في الثانية إذا كانت سرعة الصوت في الهواء 330 م/ث.
الحـــــل
                   ع = ت × ج
                   330 = 500 × ج
                             330
                   ج =              = 66,0 متراً
                             500

2-            إحسب تردد شوكة رنانة تصدر نغمة طول موجتها في الهواء 60 سم علماً بأن سرعة الصوت في الهواء 330م/ث.
الحـــــل
                   ع = ت × ج
                        ع        330    330 × 100
              ت =         =        =
                        ج       6,0          60
                = 550 ذبذبة / الثانية

             


دراسة انعكاس الصوت
يتبع الصوت في انعكاسه إلي قانونين يسميان (قانونا الانعكاس في الصوت) وهما:-
القانون الأول:-
زاوية السقوط = زاوية الانعكاس
القانون الثانى:-
الشعاع الصوتي الساقط والشعاع الصوتي المنعكس والعمود المقام من نقطة السقوط على السطح العاكس تقع جميعاً في مستوي واحد عمودي علي هذا السطح.
تعريف زاوية السقوط:-
هى الزاوية المحصورة بين الشعاع الصوتي الساقط والعمود المقام من نقطة السقوط علي السطح العاكس.
تعريف زاوية الانعكاس:-
هى الزاوية المحصورة بين الشعاع الصوتي المنعكس والعمود المقام من نقطة الانعكاس على السطح العاكس.
ولبيان انعكاس الصوت واستنباط قانوني الانعكاس( إنظر المهارات العملية  صــــ39)
تطبيقات عملية على  انعكاس الصوت:
1-   في الممرات الضيقة يسمع وقع الأقدام منه في غيرها وذلك لانعكاس الصوت علي الحوائط والأسقف. كما يلاحظ أن صوت حركة القطار في نفق يكون أشد منه لو كان القطار يسير في الهواء الطلق.
2-   الكلام في البوق يكون أوضح من الكلام في الهواء الطلق وذلك لأنه الطاقة الصوتية تكون محصورة في مخروط معين بدلاً من انتشارها في جميع الاتجاهات.
3-   القعقعة التي نسمعها أحياناً عند حدوث الرعد ويفسر بأنه انعكاس الصوت عند اصطدامه مع السحب عدة مرات.
4-   وتستخدم بعض الحيوانات الأصداء الناتجة عن الأصوات التي تصدرها لمعرفة طريقها ، وهو تكنيك يسمي تحديد الموقع باستخدام صدى الصوت فالأصداء الناتجة عن صرخات الخفافيش تخبرها عن أين تجد الفراشات اللذيذة لتأكلها.
5-   ظاهرة صدي الصوت: من الظواهر المألوفة ، ما يلاحظه شخص عندما يصيح أي يصدر صوت أمام عائق مثل جبل مرتفع ويكون على بعد مناسب منه فإنه يسمع صدي لصوته هو إرتداد لصوت الشخص بعد وصوله إلي العائق وانعكاسه عليه.
·        ولكى تحدث ظاهرة صدئ الصوت يراعي توافر الشروط الآتيـة:-
1-      وجود مصدر صوتـي.
2-      وجود سطح عاكس.
3-   وجود مسافة ما بين المصدر الصوتي والسطح العاكس وهذه المسافة تتوقف قيمتها على قيمة سرعة الصوت في الهواء فإذا كانت سرعة الصوت في الهواء 340 م/ث فإن هذه المسافة يجب ألا تقل عن 17 متراً.
وذلك لأن أذن الشخص السامع تظل متأثرة بالصوت الواقع عليها لزمن حوالي 1/10 ثانية.  
 Q المسافة = السرعة × الزمن
          = 340 ×1/10= 34 متراً
Q الموجات الصوتية قطعت المسافة ما بين المصدر الصوتي والسطح العاكس ذهاباً وإياباً.
       34
\ المسافة =       = 17 متراً
                  2
          ويجب التخلص من حدوث ظاهرة صدي الصوت في المسارح أو قاعات المحاضرات أو دور السينما.
          لهذا يبطن جدران وأسقف هذه الأماكن بمواد ماصة للصوت مثل الفلين أو الخشب على الجدران والأسقف والسجاد على الأرضية لها حتى أنها تعمل على عدم انعكاس الصوت عنها وبذلك لا تحدث ظاهرة صدي الصوت.


العوامل التي يتوقف عليها تردد وتر مشدود:-
          بتعيين تردد وتر مشدود من العلاقة:
                             ن          ش
                   ت =
                                    ك
          ومن هذه العلاقة يمكن أن نتبين أن تردد الوتر المهتز يتوقف على العوامل الآتية:-
( أ ) طول الوتر (ل):
          يتناسب تردد الوتر تناسباً عكسياً مع طول الوتر عند ثبوت قوة الشد وكتلة وحدة الأطوال.      أي أن ت a      1
                                      ل
(ب) قوة شد الوتر (ش):
          يتناسب تردد الوتر تناسباً طردياً مع الجذر التربيعي لقوة الشد مع ثبوت الطول وكتلة وحدة الأطوال.
          أي أن ت  a        ش 

(ج) كتلة وحدة الطول من الوتر (ك):
          يتناسب تردد الوتر تناسباً عكسياً مع الجذر التربيعي لكتلة وحدة الأطوال من الوتر مع ثبوت الطول وقوة الشد.

          أي أن ت a     1
                          
                            ك
الصونومتر:   يمكن دراسة قوانين ا لإهتزاز المستعرض للأوتار عملياً بإستخدام الصونومتر
ويتركب الصونومتر من وتر معدني رفيع  (أب)مشدود بواسطة قنطرتين مثبتتين فوق صندوق رنان أجوف جدرانه من الخشب الرقيق ، يربط أحد طرفي الوتر في مسمار عند أحد نهايتي الصندوق ويمر الطرف الأخر للوتر حول بكرة ناعمة عديمـة الإحتكاك مثبتـة عند الطرف الأخر من الصندوق ، ولكي يظل الوتر مشدوداً يعلق في طرفه الخالص كافة ميزان توضع بها الأثقال.
يمكن تغير طول الجزء المهتز من الوتر وتستخدم لذلك قنطرة خشبية متحركة بين القنطرتين الثابتتين. وتوضع أسفل الوتر بحيث يمر على حافتها الحادة وترتكز قاعتها على الوجه العلوي للصندوق الرنان وعند تحريك هذه القنطرة أسفل الوتر يتغير طول الجزء المهتز.
          وهناك إمكانية لشد وتر أخر بجانب هذا الوتر ويسمي وتر المقارنة كما يمكن التحكم في قوة شد هذا الوتر أيضاً.
          ويوجد مسطرة مدرجة مثبتة على الوجه العلوي للصندوق الرنان بين القنطرتين الثابتتين حيث يقرأ عليها طول الجزء المهتز من الوتر. كما يوجد اتصال بين الهواء في الغرفة خارج الصندوق والهواء الموجود داخل الصندوق عن طريق فتحات في جوانب الصندوق الخشبي حتى يتساوي الضغط الجوي داخل وخارج الصندوق كما هو موضح بالرسم.
          ومن الجدير بالملاحظة أن لو شد الوتر في وضع رأسي في الهواء ولم يكن مستنداً علي شيء مثل الصندوق ثم جذب فإن الصوت الصادر عنه يكون ضعيف جداً أثناء إهتزازه مما يدل على أن الصندوق الرنان هو السبب في زيادة شدة الصوت المسموع عند إهتزاز الوتر وتستخدم في الصونومتر أوتار مصنوعة من الصلب الذي لا يصدأ.
وتحفظ هذه الأوتار في علبة حتى لا تتعرض للجو الرطب والهواء منعاً للتأثير بالجو.
كما يراعي عند شد الأوتار عدم استخدام قوة شد كبيرة حتى لا ينقطع الوتر.
عوامل اختلاف الأصوات أو النغمات:
          العوامل التي تميز الأصوات أو النغمات بعضها عن بعض ثلاثة هي الجهارة ، والدرجة والنوع. وتعتمد الجهارة إلي حد كبير على شدة الصوت وتعتمد الدرجة على التردد ويعتمد النوع على تراكب النغمة الأساسية والنغمات التوافقية المصاحبة.
أولاً: الجهـارة:-
          يقصد بجهارة الصوت ذلك الإحساس السمعي بالصوت المسموع وهي ظاهرة فسيولوجية ويرتبط هذا الإحساس ارتباطاً وثيقاً بشدة الصوت.
         
وشدة الصوت هي الطاقة الصوتية التي تمر في الثانية الواحدة بوحدة المساحات العمودية على اتجاه انتشار الأمواج.
ويمكن التمييز بين الجهارة وشدة الصوت حيث أن شدة الصوت كمية فيزيائية بينما الجهارة درجة الإحساس بهذه الشدة وتزداد جهارة الصوت بزيادة شدته.
ثانياً: الدرجـة:-
درجة الصوت هي كمية فسيولوجية تتوقف على التردد فدرجة الصوت خاصية تتعلق بالإحساس بالصوت وتمكن من تمييز الأصوات من حيث الحدة أو الغلظة. فالصوت الحاد تكون درجته مرتفعة وتردده مرتفع. والصوت الغليظ تكون درجته منخفضة وتردده منخفض. فصوت الرجل أغلظ من صوت المرأة وصوت الطبول أغلظ من صوت الأجراس. فإذا كان الصوت حاداً قيل أن درجته عالية وإن كان غليظاً فإن درجته منخفضة.
توقف درجة النغمة على تردد الجسم المحدث للصوت:-
          يستخدم لذلك أجهزة عديدة منها:-
عجلة سافار:
          وعجلة سافار عبارة عن عدة أقراص (عددها 3 أو ، 4 أقراص) لها محور مشترك واحد يمر به ساق معدنية متصلة عن طريق يد محركة بواسطة سير من جلد. ومحيط كل قرص من هذه الأقراص مسنن والمسافة بين كل سنة والثانية لها متساوية في القرص الواحد وتختلف هذه المسافة من قرص علي آخر وبذلك يختلف عدد أ سنة كل قرص وتكون نسبة عدد الأسنة لهذه الأقراص كنسبة 3 : 4 : 5 : 6.
طريقة عملها لتعيين تردد نغمة مجهولة:
1-      نطرق الجسم المراد معرفة تردده (وليكن شوكة رنانة) عدة مرات ونستمع بالأذن إلي الصوت الصادر منها حتى تكاد تألفة الأذن.
2-      نختار أحد هذه التروس وتدار بمعدل ثابت ويقرب إلي أسنتها قطعة من ورق مقوي أو صفيحة رقيقة وبذلك يصدر عن ذلك صوت (نغمة معينة) ونغير في سرعة الدوران أو القرص إلي أن يصدر من العجلة صوت يشبه صوت الشوكة الرنانة مجهولة التردد.
3-      نسجل بواسطة ساعة إيقاف الزمن المستخدم لعدد معين من دوران هذا القرص وبمعلومية عدد أسنة القرص المستخدم يطبق القانون الآتي لحساب تردد النغمة المجهولة.   








عدد دورات القرص × عدد الأسنة للقرص المستخدم
          التردد =                                                                            (هيرتز)
                                            الزمـن بالثوانـى
ثالثاً: نوع الصوت:-
          استخدم شوكة رنانة ، وتر عود ، وتر كمان وأطرق كل منها على حدة للحصول على ثلاثة نغمات متساوية في الشدة ومتفقة في الدرجة فإنه يمكن للإنسان أن يميز نوع الصوت الصادر من كل واحد منها على حدة من حيث مصدر هذا الصوت. مثل هذه الخاصية التي تميز بها الأذن الأصوات أو النغمات المتساوية في الشدة والمتفقة في الدرجة والتي تصدر من مصادر صوتية مختلفة تسمي نوع الصوت. 
فوق الصوتيات:-
          الأمواج فوق الصوتية هى موجات ذات ترددات عالية جداً أكبر من تلك التي يمكن سماعها فتردد الأصوات المسموعة يقـع بين 20 ، 20000 ذبذبة في الثانية أما الأمواج الفوق صوتية فترددها أكبر من ذلك وتتحرك هذه الموجات أيضاً بسرعـة الصوت وعلـى هذا تكون الأطوال الموجية لها صغيرة جـداً. فإذا فرضنا موجـة فـوق صوتيـة ذات تـردد أكبر من 20000 ذ/ث تتحرك بسرعة 330م/ث فإن طول موجتها يكون أقل مــن
                                      330 × 100
                                                          = 1.65 سم
                                         20000
          ويمكن الحصول على حزمة ضيقة مركزة وموجهة توجيهاً دقيقاً من الموجات فوق الصوتية. وهذه الخصائص تجعل لها كثير من التطبيقات والاستخدامات في كثير من فروع العلم والصناعة وحالياً تستخدم في الطب.
          وهناك طرق عديدة للحصول على الموجات فوق الصوتية نذكر منها هنا طريقة واحدة هى مولد الكهربية الانفعالية.
بعض التطبيقات العملية لإستخدام الأمواج فوق الصوتية
1-     الكشف عن الطائرات في الجو والغواصات في أعماق البحار
نظراً لإمكانية الحصول علي إشارات موجهة في الموجات فوق الصوتية فإن هذه الموجات تستخدم للكشف عن وجود الطائرات والغواصات ، فعندما تسقط الموجات فوق الصوتية على طائرة مثلاً فإنها تنعكس عنها ويمكن الكشف عن الموجة المنعكسة باستخدام مستقبل مصنوع من بلورة من الكوارتز وتسمي السونار وتستخدم في الكشف عن حطام السفن في الأعماق.
2-     قياس عمق البحر:
يمكن قياس عمق البحار بقياس الزمن الذي يمضي بين أصدار الموجات فوق الصوتية واستقبالها بعد انعكاسها من الأعماق. 
وقد تم تصميم جهاز مبني علي هذه القاعدة بحيث يعطي العمق مباشرة. وفي هذا الجهاز تستخدم موجات فوق صوتية ذات تردد عالي ويوضع المرسل والمستقبل بجوار بعضهما ، ويمكن حساب العمق من العلاقة:
                               سرعة الصوت × زمن الذهاب والعودة للموجات فوق الصوتية
   العمق =
                                                   2
3-     التأثير الميكانيكـي:-
إذا سقطت أمواج فوق صوتية ذات تردد عالي مركزه على لوح زجاجي أو معدني فإنها تكون قادرة على حفر ثقب في هذا اللوح. كما أنها تكون قادرة أيضاً على حفر ثقب في سبيكة أو معدن صلب أو حتي في الماس.

كما أن الموجات فوق الصوتية ذات التردد 60000 ذبذبة/ثانية قادرة علي فصل المادة الزيتية من المعادن ولهذا يستخدمها المهندسون لإزالة الشحم أو التراب وخلافه.
ويستخدم الأطباء الموجات فوق الصوتية لعلاج وشفاء:-
1-    الآلام العصبية.
2-    الآلام الروماتزمية.
3-    التخلص من الأنسجة المتقيحة في مختلف أنحاء الجسم.
4-    التخلص من الحصوات الكلوية والمرارية.
4-     الكشف عن الشقوق في المعادن:
توجه الذبذبات من بلورة من الكوارتز في مولد ذبذبات فوق الصوتية إلي المعدن المراد اختياره من إحدي نهايته. وعند الطرف الآخر يوجد كاشف لهذه الموجات المتصل براسم ذبذبات كاثودي عن طريق مكبر.
فإذا لم يكن هناك تغير في نبضة الموجه المستقبله عن الموجة الساقطة كان المعدن سليماً. إما إذا كان هناك شقاً في المعدن كانت هناك زيادة في النبضات المستقبلة.
5-     صناعة بعض السبائك:
تستخدم حزمة قوية من الموجات فوق الصوتية في تحضير بعض السبائك ذات التركيب المنتظم. ويتضح من هذا أهمية هذه الموجات في علم المعادن.
6-     التأثير البيولوجي:
وجد بعض العلماء أن الموجات فوق الصوتية يمكنها قتل بعض الأسماك والضفادع والفئران إذا وضعت في مجال الموجات فوق الصوتية كما أن هذه الموجات لها القدرة على إيقاف نمو الخميرة إذا تعرضت لها. كما سيأتي اليوم الذي يمكننا فيه قتل الحشرات مثل البعوض والذباب باستخدام مثل هذه الموجات فوق الصوتية.








المهارات العملية
اثبات انعكاس الصوت عملياً                         (إثبات قوانين إنعكاس الصوت عمليًا)
الأدوات:-أنبوبتان معدنيتان- سطح عاكس ( لوح معدنى مصقول)-ساعة –منقلة - حوامل
1-تؤخذ أنبوبتان معدنيتان (أ ، ب) طول كل منهما حوالي المتر وقطر كل منهما حوالي 10 سم . تحمل الأنبوبتان على حوامل رأسية بحيث تكونان في مستوي أفقي واحد وتوجهان نحو لوح معدني مصقول(ج) موضوع رأسياً.





يوضع مصدر صوت مثل ساعة أمام فتحة إحدي الأنبوبتين ولتكن (أ) وتوضع الأذن أمام فتحة الأنبوبة الأخري ولتكن (ب).
1-  ثبت وضع الأنبوبة ( أ ) وغير ميل الأنبوبة (ب) تدريجياً مع بقاء الأذن عند فتحتها على الدوام إلي أن يسمع أعلي وأوضح صوت لدقات الساعة.
2-     حدد موضع كل من محوري الأنبوبتين ثم أقم عموداً عند نقطة تلاقي الشعاعين الساقط والمنعكس.
3-     عين قيمة كلا من زاوية السقوط وزاوية الانعكاس.
4-  كرر الخطوات السابقة مع تغيير زاوية السقوط وعين زاوية الانعكاس في كل حالة ودون ذلك في جدول. نلاحظ أن زاوية السقوط = تساوي زاوية الإنعكاس. وهذا يحقق القانون الاول
5-  قم بعمل ميل للسطح العاكس للأمام أو الخلف حتى لا يكون رأسياً. هل تسمع الصوت بوضوح وبماذا تفسر ذلك. في حالة ميل السطح العاكس لا يسمع الصوت بوضوح. وهذا يحقق القانون الثاني.
زاوية السقوط
زاوية الانعكاس
30 ْ
40 ْ
50 ْ
60 ْ

ملحوظــة:-                      
          من احتياطات التجربة وجوب منع وصول صوت دقات الساعة بطريق مباشر إلي الأذن وذلك بوضع حاجز (د) من الفلين (كمادة ماصة للصوت) في الوضع المبين بالشكل.
          استنتج من هذه التجربة قانوني الانعكاس.
قياس سرعة الصوت خلال الصخور المحيطة بالبئر.
من اهم الدراسات الجيوفيزيائيه والتى تستخدم لاكتشاف اماكن الابار هى القطاع الصوتى والتلفزيونى
أولا :- القطاع الصوتى Acoustic logging (Sonic)
يقيس القطاع الصوتى سرعه الصوت خلال الصخور المحيطه بالبئر في الطبقات غير المكسيه كذلك في الفجوات المملؤه بالماء وتتوقف السرعه على طبقه الصخر وكذلك على حسب درجه امتلاء المسام، وعليه كلما قربت السرعه فإن وجود السائل محتمل ويعتبر التطبيق الامثل لاستخدام القطاع الصوتى في :-
تقدير سمك وعمق الطبقات المساميه، تقدير المساميه، تقدير مناطق التصدع ودرجه التماسك بين طبقات التكسيه والتكوين.
ثانياً :- القطاع التلفزيونى Television logging
وتعتبر من الطرق الحديثه نسبيا حيث يتم الرصد التلفزيونى داخل البئر عن طريق تمرير كابل محمل بكاميرا تليفزيونيه ذات عدسه wide-angle وهى عاده ذات قطر 7سم ومزوده بالاضاءه اللازمه، ويعطى التصوير التلفزيونى صوره مستمره للبئر Borehole توضح على شاشة تلفزيونيه في الخارج، كما يتم تسجيلها على شريط فيديو حيث يمكن الرجوع اليه لدراسه كل منطقه من مناطف البئر ، يمكن استخدام هذه الوسيله في العديد من التطبيقات حيث يمكن تمييز شكل الصخور المكونه والاشاره الى المسام كما يمكن في حاله الابارالقائمه من معرفه حاله القواسين والمصافى ومعرفه مناطق الانهيارات داخل البئر او مناطق دخول الرمال وتسمى الصور المأخوذه للبئر على فترات بـphotolog والتى يمكن استخدامها للاغراض السابقه.
ومن تتبع الخواص الطبيعيه لصخور القشره الارضيه تسجل الاختلافات لهذه الخصائص في منطقه البحث مما يستنتج منه وجود تراكيب وتكوينات جيولوجيه معينه تكون لها علاقه بتواجد المياه الجوفيه وتعطى هذه الطرق بيانات عن مساميه الصخور واحيانا عن خواص المياه الجوفيه.



تــذكــر أن
·        الصوت لا ينتقل في الفراغ بل يلزمه وسط مادي لكي ينتقل خلاله.
·        الأمواج الميكانيكية نوعان همـا:-
( أ ) أمواج طولية: وفيها تهتز جزيئات الوسط أثناء انتشارها في نفس اتجاه انتشار الموجة وتكون علي شكل تضاغطات وتخلخلات.
(ب) أمواج مستعرضة: وفيها تهتز جزيئات الوسط أثناء انتشارها في اتجاه عمودي على اتجاه انتشار الموجة وتكون على شكل قمم وقيعان.
-       موجات الصوت تتبع الموجات الطولية لأنها تنتشر علي شكل تضاغطات وتخلخلات.
-       الطول الموجي للموجات الطولية:-
هو المسافة بين مركزي تضاغطين متتالين أو مركزي تخلخلين متتالين أو بين أي نقطتين متتاليتين تتحركان بكيفية واحدة في اتجاه واحد.
-       الطول الموجي للموجات المستعرضة:-
هو المسافة بين قمتين متتاليتين أو قاعين متتاليتين أو بين أي نقطتين متتاليين تتحركان بكيفية واحدة وفي إتجاه واحد.
-       الطول الموجي لأي موجة:
هو المسافة بين أي نقطتين متتاليين لهما نفس الطور.
-       التردد:
هو عدد الأمواج التي تمر بنقطة معينة في مسار الحركة في الثانية الواحدة أو هو عدد الذبذبات الكاملة التي يهتزها الجسم المهتز في الثانية الواحدة.
وحدة قياس التردد هي ذبذبة / ثانية أ ، سيكل / ثانية أو هيرتز.
واحد كيلو هيرتز = 310 هيرتز.
واحد ميجا هيرتز = 610 هيرتز.
-       سرعة الموجة = التردد × الطول الموجي.
سرعة الصوت هي المسافة التي يقطعها الصوت في الثانية الواحدة.
وكذلك سرعة الموجة هى المسافة التي تقطعها الموجة في الثانية الواحدة.
-       الموجات الصوتية قابلة لإنعكاس والانكسار.
-       ينعكس الصوت حسب قانونا الانعكاس في الصوت.
-       ظاهرة صدى الصوت هي ظاهرة ناتجة عن انعكاس الصوت.
-       تستخدم ظاهرة صدي الصوت لحساب المسافات أو أعماق بحيرات أو محيطات ويستخدم لذلك القانون الآتـي:-
السرعة × الزمن
                   المسافة =
                                                2
لتوضيح الاهتزاز المستعرض للأوتار يستخدم لذلك جهاز الصونومتر.
عوامل اختلاف الأصوات أو النغمات هـى:-
الجهـــارة: ويقصـد بهـا شـدة الإحساس السمعي بالصوت المسموع وهي ظاهرة فسيولوجية.
شـدة الصوت: هي الطاقة الصوتية التي تمر في الثانية الواحدة على وحدة المساحات العمودية على اتجاه انتشار الموجه.
درجة الصوت: هي كمية فسيولوجية وتتوقف على التردد الذي هو كمية فيزيائية وهي الخاصية التي تمكن الإنسان من تمييز الأصوات من حيث الحدة أو الغلظ.
نـوع الصوت: هي الخاصية التي تميز بها الأذن الأصوات أو النغمات المتساوية في الشدة والمتفقة في الدرجة التي تصدر من مصادر صوتية مختلفة.
-   الأحبال الصوتية للرجل أقصر وأغلظ من الأحبال الصوتية للمرأة التي هي أطول وأرفع. لهذا يكون صوت الرجل أغلظ من صوت المرأة.
-       يمكن استخدام عجلة سافار لحساب تردد جسم مجهول.
-       القانون المستخدم لحساب التردد هو:
عدد الدورات × عدد الأسنة (أو عدد الثقوب)
          التردد =                                                                           
                                            الزمـن بالثوانـى
-                   فوق الصوتيات:
هي موجات ذات ترددات عالية جداً أكبر من تلك التي يمكن سماعها بالأذن.

-                   الطول الموجي للفوق صوتيات صغير جداً.
-                   تستخدم الفوق صوتيات في كثير من فروع العلم والصناعة وحالياً في الطب.
-                   يستفاد من الموجات فوق صوتية في كثير من التطبيقات العملية مثل:-
·        الكشف عن الطائرات في الجو.
·        قياس أعماق البحار.
·        التأثير الميكانيكي أي حفر ثقوب في ألواح.
·        الكشف عن الشقوق في المعادن.
·        صناعة بعض السبائك.
·        التأثير البيولوجي.















التقييم
1-     إذا كانت سرعة الصوت في الهواء 330 م/ ث فما طول الموجة التي تحدثها شوكة رنانة ترددها 220 ذبذبة / ثانية.
2-     جسم تردده 5000 ذبذبة/الثانية يحدث في الهواء موجات طولها 1/15 متر كم تكون سرعة الصوت في الهواء.؟
3-     إذا كان طول الموجة التي يحدثها جسم 20 سم فما تردده مع العلم بأن سرعة الصوت في الهواء 340 م/ث.
4-     إذكر نص قونا إنعكاس الصوت ؟
5-     ما المقصود بكل من
الطول الموجى -  الموجة الطولية- الموجة المستعرضة
6-     إذكر العلاقة بين التردد وطول الموجة وسرعة إنتشار الموجة
7-     إذكر التفسير العلمى لكل من:
ظاهرة صدى الصوت  -  القعقعة التى نسمعها عند حدوث الرعد
8-     ما هى عوامل اختلاف الاصوات او النغمات ؟
9-     إذكر بعض التطبيقات العملية لإستخدمات الموجات فوق الصوتية ؟

ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق