صوت

هدف:

صوت (صدا) از جمله موج های طولی است که از داخل هوا یا مواد دیگر حرکت می کند اما در خلأ نمی تواند منتشر شود. مانند هر موج دیگری که تا حالا در انواع مطالب به آن ها برخورد کرده اید، صوت هم دارای طول موج، فرکانس، دامنه و سرعت است. موج های صوتی از ارتعاش جسم به وجود می آیند و وقتی که جسم دیگری را هم به ارتعاش دربیاورند، متوجه حضور این موج ها خواهیم شد.

سوالاتی که در مورد صوت با آن ها روبرو هستیم:

• توصیف صوت دقیقا چگونه است؟
• امواج صوتی چه ویژگی های خاصی دارند؟
• صوت چگونه تولید و چگونه شناسایی می شود؟

شرح درس:

قبلا در مطلب "طبقه بندی امواج" اشاره شد که صوت از نوع موج های مکانیکی طولی است که از ارتعاشات رفت و برگشتی ذرات محیط به وجود می آید. اگر موج صوتی درون هوا از چپ به راست حرکت می کند، یعنی با عبور موج صوتی از طریق هوا، ذرات هوا هم به سمت راست و هم به سمت چپ جابجا می شوند. حرکت ذرات با عبور موج صوتی از درون آن ها به صورت موازی با جهت انتقال انرژی موج است. به همین دلیل است که به این موج ها، موج های طولی می گویند.

دیاپازونی که در شکل بالا مشاهده می کنید، یک موج طولی ایجاد می کند. وقتی شاخه های دیاپازون به صورت رفت و برگشتی ارتعاش می کنند، ذرات هوای اطراف خود را هل می دهند. حرکت رو به جلوی شاخه دیاپازون باعث حرکت دادن افقی ذرات هوا به راست می شود و حرکت رو به عقب آن باعث ایجاد یک منطقه کم فشار می شود که به ذرات هوا اجازه می دهد به سمت عقب و چپ حرکت کنند.

در ارتعاش دیاپازون و شکل بالا می بینید که در قسمت هایی، ذرات به هم فشرده و در قسمت هایی دیگر، ذرات از هم فاصله دارند. این قسمت ها را به ترتیب، نواحی متراکم و  پراکنده نام گذاری می کنیم.

نواحی متراکم، مناطقی هستند که فشار هوا در آن ها زیاد است و در مناطقی که پراکندگی وجود دارد، فشار هوا کم است.

مطابق شکل بالا می بینید که در موج صوتی، طول موج چگونه اندازه گرفته می شود. از آن جایی که موج، شکل خود را در هر چرخه تکرار می کند، طول موج صوتی را گاهی از روی طول طرح تکرار شونده (طول یک موج کامل) هم می توان اندازه گرفت که با توجه به شکل کاملا مشخص است.

این حالت فشردگی و تراکم در موج طولی صوتی را می توان با شکل زیر نیز نشان داد:

خواص موج صوتی:

صوت می تواند از درون آب، فلز و بسیاری از گازها و مواد دیگر عبور کند، اما موادی هم وجود دارند که قسمت زیادی از انرژی موج صوتی را به خود جذب کرده و مانع عبور و رد شدن موج صوتی از درون خود می شوند.

به دلیل این که صوت، ارتعاش یک جسم مادی است، نمی تواند در خلأ منتشر شود.
در مورد موج های عرضی، فاصله یک قله تا قله دیگر یا یک دره تا دره دیگر را طول موج می نامیدیم؛ اما از آن جایی که صوت یک موج طولی است، فاصله بین بیشترین تراکم ها را طول موج می نامیم. البته می توان از روی شکل تراکم و پراکندگی صوت، نمای عرضی هم به موج طولی داد و قله و دره برای آن قائل شد.

سرعت صوت: موج صوتی با سرعت  344 m/s در دمای  20 درجه اتاق می تواند منتشر شود.
٢ فرکانس صوت یعنی سرعتی که یک سیم گیتار یا یک بلندگو با آن به ارتعاش درمی آید یا سرعتی که موج با آن از یک نقطه خاص عبور می کند. از رابطه V=fλ می توان فرکانس صوت را پیدا کرد.

دامنه: از آن جایی که صوت یک موج طولی است، دامنه آن عبارت است از مقدار فشردگی قسمت های متراکم نسبت به بقیه جاهایی که کم تر فشرده شده اند. دامنه موج طولی را گاهی اوقات"دامنه فشار" نیز می نامند.

تولید صوت:

وقتی جسمی در هوا ارتعاش می کند، باعث تولید موج های طولی در هوا می شود. این موج ها از سمت جسم به سمت اطراف حرکت کرده و صوت در هوا تولید می کنند. حرکت ارتعاشی بلندگویی که در حال پخش یک صداست یا صدای طبل و یا سیم مرتعش گیتار همگی منجر به تولید موج های صوتی می شوند. وقتی شما صحبت می کند، تارهای صوتی شما ارتعاش می کنند و صوت تولید می کنند.

دمیدن در دهانه یک بطری نیز باعث تولید صوت می شود: هوای داخل بطری، حرکتی دایره ای انجام می دهد و باعث تشکیل موج های صوتی می شود. حتی وقتی باد بین شاخه های درختان می پیچد، صدایی تولید می کند.

می توان با ارتعاش جسمی در یک مایع مانند آب یا در جامدی مانند آهن، صوت تولید کرد. به عنوان مثال، قطاری که روی ریل های فولادی حرکت می کند، موج های صوتی تولید می کند که از طریق هوا در اطراف پخش می شوند و از داخل واگن ها یا کیلومترها دورتر می توان آن را شنید.

تشخیص موج صوتی نیز به عهده گوش های ما یا تجهیزات آرمایشگاهی است. در شکل زیر می بنید که وقتی ناحیه پرفشار  به پرده گوش می رسد، آن را به به عقب فشار می دهد و وقتی ناحیه کم فشار به پرده برسد، آن را به سمت مخالف جهت خود می کشد. پس ورود نواحی کم فشار و پرفشار موج صوتی به گوش، باعث ارتعاش پرده و حرکت نوسانی آن می شود.

سوال:
یک موج صوتی از نواحی پرفشار و کم فشار تشکیل یافته که از یک منبع مرتعش، منتشر می شوند. تراکم ها و پراکندگی ها به این دلیل به وجود می آیند که:

الف) صوت، چگال تر از هواست و اینرسی (لختی) بیشتری دارد و همین باعث می شود موج صوتی، دو ناحیه کم فشار و پر فشار داشته باشد.
ب) موج های صوتی، سرعتی دارند که فقط به ویژگی های محیط بستگی ندارد.
ج) موج های صوتی مانند موج های دیگرند و می توانند در فضا خمیده شده و پشت همه موانع هم انتشار یابند.
د) موج های صوتی می توانند از انتهای بسته مواد، بازتاب داشته باشند و با موج صوتی ورودی بعد خود، تداخل کنند.
ه) موج های صوتی به صورت طولی ارتعاش می کنند. حرکات طولی هوا باعث کم و زیاد شدن فشار در مسیر عبور موج های صوتی می شود.

جواب: گزینه آخر صحیح است.

مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه: خدیجه آلچالانلو
تنظیم: مریم فروزان کیا