امواج صوتی

صدایی که می‌شنویم یک موج صوتی است. صوت یک موج مکانیکی است که در میان هوا، مایعات و جامدات منتشر می‌شود. امواج صوتی جزء امواج طولی هستند و ویژگی‌ های آن ‌ها در این بخش بررسی می شود.

شنوائی نیز در کنار بینائی، ابزار اصلی ما برای کسب اطلاعات درباره ‌ی محیط است. برای اکثر آدمیان شنوائی ابزار اصلی ارتباط با دیگران و بهره‌مندی از موسیقی است. شنوائی چیزی جز این نیست که تغییرات جزئی در فشار صوت، غشائی را در گوش داخلی به جلو و عقب حرکت دهد.

هوا دارای خاصیت ارتجاعی می‌باشد هنگامی که یک لایه از مولکول‌های هوا به جلو رانده می‌شود، این لایه به نوبه‌ی خود لایه‌ی دیگری را به جلو می ‌راند و خود به حال اول بر می ‌گردد.

لایه جدیدی نیز لایه دیگری را به جلو می ‌راند و به همین ترتیب این عمل بارها و بارها تکرار می ‌گردد تا انرژی به پایان برسد. این جا به‌ جایی مولکول‌ها اگر بیش از 16 مرتبه در ثانیه تکرار می‌گردد صدا به وجود می ‌آید. هر رفت و برگشت لایه هوا یک سیکل نام دارد و تعداد سیکل در ثانیه تواتر یا بسامد یا فرکانس نامیده می‌شود. صدایی که می‌ شنویم یک موج صوتی است. صوت یک موج مکانیکی است که در میان هوا، مایعات و جامدات منتشر می‌شود. امواج صوتی جزء امواج طولی هستند.

چگونگی ایجاد موج صوتی

منشاء صوت، حرکت یا ارتعاش یک شیء است، مانند زمانی که باد به‌سرعت از لا به‌ لای شاخه ‌های درخت‌ ها می ‌گذرد. وقتی شیئی حرکت می‌کند مولکول‌های هوای مقابل آن هم فشرده می‌شوند. این مولکول‌ها به مولکول‌های دیگر فشار می‌آورند و سپس به ‌جای اول خود باز می‌گردند. بدین ترتیب، اگرچه هر مولکول هوا حرکت چندانی نمی ‌کند، موجی از تغییرات فشار (موج صوتی) در هوا، به حرکت درمی‌ آید. این موج شبیه موجی است که در نتیجه پرتاب سنگی به درون برکه، بر سطح آب ایجاد می‌شود.

وقتی دوشاخه صوتی دیاپازون در حال ارتعاش است به ‌طور متناوب امواجی از تراکم و انبساط هوا ایجاد می ‌کند که شکل سینوسی دارند. چنین صوتی، صوت خالص نامیده می‌شود و می ‌توان آن را برحسب فراوانی و شدت توصیف کرد. اگر دوشاخه صوتی 100 ارتعاش در ثانیه داشته باشد، موج صوتی با 100 تراکم در ثانیه و با فراوانی 100 هرتز، ایجاد خواهد کرد. شدت (یا دامنه) صوت خالص، تابع تفاوت فشار بین قله‌ها و پایه‌های آن است. شکل موجی هر صوت را می ‌توان به یک رشته موج‌های سینوسی با درجات مختلف فراوانی که هر یک دامنه و چرخه متفاوتی دارند، تجزیه کرد.

امواج صوتی در جامدات و مایعات

همان‌طور که درون هوا ارتعاشات طولی توأم با تراکم و انبساط منتشر می‌شود، به همان طریق نیز ارتعاشات طولی توأم با تراکم و انبساط در داخل مایعات و جامدات انتشار پیدا می ‌کنند. اگر میله فلزی را برای لحظه کوتاهی در امتداد خودش کشیده و رها کنیم، تراکم و انبساط در طول میله انتشار پیدا خواهد کرد و همین طور اگر نقطه‌ای از جسم جامد را مرتعش سازیم (به عنوان مثال با چکش به گوشه یک قطعه سنگ یا فلز بزنیم) تراکم و انبساط به شکل سطوح کروی در تمام جسم مرتعش منتشر می‌شوند. مخصوصاً نباید چنان کرد که انتشار تراکم و انبساط درون اجسام مختص به ارتعاشات شنیدنی است، بلکه هر نوع ارتعاش با هر فرکانس ممکن است در آن ‌ها انتشار یابد. تنها فرقی که جامدات و مایعات در انتقال صوت با هوا و گاز دارند در زیاد بودن سرعت انتشار صوت در آن ‌هاست.

کاربرد امواج صوت در اکتشاف نفت

از امواج صوتی در اکتشاف نفت در تعیین لایه‌ها و مخزن نفتی استفاده می ‌کنند. اثر امواج را از طریق ژئوفون‌ها می‌ گیرند. منبع ایجاد کننده‌ی موج به دو صورت است:

1- ویبراتور :

این دستگاه که معمولاً بر روی کامیون‌های مخصوص سوار می‌شود با ایجاد لرزش قوی امواج صوتی را به داخل زمین می‌ فرستد.

2- دینامیت :

با انفجار دینامیت امواج صوتی به زمین منتقل می‌شوند.

نهایتاً از طریق آشفتگی‌های امواج و زمان رسید‌ها به لایه ‌بندی منطقه پی می‌برند.

مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه: مرتضی عرفانیان

تنظیم: مریم فروزان کیا