الاهتزاز يولّد صوتًا
يفسّر نشوء الصوت من اهتزاز مصدره، ويربط تغيير التردد والسعة بتغيّر الاهتزاز والموجات الصوتية الناتجة.
المحاكاة التفاعلية
محاكاة تفاعلية: مقدِّمة للأمواج — من PhET
لا تُحمَّل المحاكاة إلا بطلبك. اضغط لبدء التشغيل — قد تستغرق لحظات على الاتصال البطيء.
في كتابك
- نشاط (٢): الاهتزاز يولّد صوتاً — الجزء الثاني، ص ٣٦
خطوات التجربة
افتح شاشة «الصوت»، وشغّل «مولد الصوت» بزرّه إن كان متوقفًا، وفعّل «نغمة التشغيل» لتسمع الصوت.
راقب غشاء السمّاعة: كيف يتحرك؟ وماذا ينطلق منه نحو الهواء؟
حرّك منزلق «السعة» نحو «أدنى» ثم نحو «أقصى»، ولاحظ مدى حركة الغشاء، ووضوح الموجات، وعلوّ الصوت الذي تسمعه.
أعد «السعة» إلى المنتصف، وحرّك منزلق «التردُّد»، ولاحظ سرعة اهتزاز الغشاء، والمسافة بين الموجات، وحدّة الصوت.
اختر «الجسيمات» لترى جسيمات الهواء: هل تنتقل من السمّاعة إلى الطرف البعيد، أم تهتز ذهابًا وإيابًا حول مكانها؟
الفكرة العلمية
ينشأ الصوت نتيجة اهتزاز الأجسام، وينقطع عند توقّفها عن الاهتزاز. فغشاء السمّاعة في المحاكاة يهتز ذهابًا وإيابًا كما يهتز فرعا الشوكة الرنّانة، فيدفع جسيمات الهواء المجاورة ويسحبها، فتتكوّن تضاغطات وتخلخلات متتابعة تنتقل في الهواء. ولأن جسيمات الهواء تهتز في اتجاه انتشار الموجة نفسه، فأمواج الصوت أمواج طولية، والجسيمات لا تنتقل من السمّاعة إلى أذنك، بل تنقل الاهتزاز والطاقة. وعندما زدت «السعة» اهتز الغشاء بمسافة أكبر فصار الصوت أعلى، وعندما زدت «التردُّد» اهتز أسرع فتقاربت الموجات وصار الصوت أحدّ. وعندما يصل الاهتزاز إلى الأذن يسبّب اهتزاز طبلتها، ثم ينتقل إلى الدماغ الذي يفسّره. والمحاكاة تستخدم سمّاعة مكان الشوكة الرنّانة والكرة المعلّقة في نشاط الكتاب.
قوّم نفسك
جرّب المحاكاة أولًا ثم أجب. لا درجات ولا تسجيل — الإجابات لك وحدك، وتختفي بإغلاق الصفحة.
ما الذي يُنتج الموجات الصوتية في المحاكاة؟
- الضوء الخارج من السمّاعة
- تيار هواء يندفع من السمّاعة باستمرار
- حرارة السمّاعة
- اهتزاز غشاء السمّاعة ذهابًا وإيابًا
اعرض الإجابة
د) اهتزاز غشاء السمّاعة ذهابًا وإيابًا
الصوت ينشأ من اهتزاز جسم، وهنا الجسم المهتز هو غشاء السمّاعة. ومن ظن أن تيار هواء يخرج منها تخيّل أن الهواء ينتقل إلى الأذن، والمحاكاة تُظهر أن الهواء يهتز في مكانه ولا يندفع.
زدت «السعة» مع بقاء «التردُّد» ثابتًا. ماذا تلاحظ؟
- يهتز الغشاء أسرع ويصير الصوت أحدّ
- يهتز الغشاء بمسافة أكبر ويصير الصوت أعلى
- يتوقف الغشاء عن الاهتزاز
- تقترب الموجات بعضها من بعض
اعرض الإجابة
ب) يهتز الغشاء بمسافة أكبر ويصير الصوت أعلى
السعة تتحكم في مدى حركة الغشاء، فكلما زادت كان الصوت أعلى. أما سرعة الاهتزاز وتقارب الموجات فيتحكم فيهما التردد. والخلط بين السعة والتردد خطأ شائع لأن كليهما «يقوّي» الصوت في كلامنا اليومي.
في عرض «الجسيمات»، كيف تتحرك جسيمات الهواء؟
- تنتقل من السمّاعة إلى الطرف البعيد
- لا تتحرك، والموجة وحدها تتحرك
- تهتز ذهابًا وإيابًا حول مكانها في اتجاه انتشار الموجة
- تتحرك إلى أعلى وأسفل عموديًا على اتجاه الموجة
اعرض الإجابة
ج) تهتز ذهابًا وإيابًا حول مكانها في اتجاه انتشار الموجة
جسيمات الهواء تهتز حول مكانها في اتجاه انتشار الموجة نفسه، ولذلك أمواج الصوت طولية. ومن اختار الحركة العمودية خلط بين الصوت وموجة الحبل المستعرضة، ومن ظن أنها تنتقل إلى الطرف البعيد خلط بين انتقال الموجة وانتقال الهواء.
لماذا يتوقف صوت الشوكة الرنّانة عندما تمسك فرعيها بيدك؟ اربط إجابتك بما رأيته عند تحريك «السعة» نحو «أدنى».
اعرض الإجابة
لأن اليد توقف اهتزاز فرعي الشوكة، والصوت ينشأ من الاهتزاز وينقطع بتوقفه. وفي المحاكاة كلما قلّت السعة صغرت حركة الغشاء وضعف الصوت، فإذا توقف الاهتزاز لم تتكوّن تضاغطات وتخلخلات في الهواء.
نسمع طنين الحشرات أثناء طيرانها. علّل ذلك.
اعرض الإجابة
لأن أجنحة الحشرة تهتز بسرعة كبيرة أثناء الطيران، فتدفع جسيمات الهواء وتسحبها كما يفعل غشاء السمّاعة. فتتكوّن أمواج صوتية تنتقل في الهواء حتى تصل إلى آذاننا.