الصوت
في علم الأحياء يُعرَّف الصوت بأنه إشارة أو نغمة يصدرها الكائن الحي للتواصل مع الكائنات الأخرى ليعبر من خلاله عما يريد، حيث يعتبر الصوت من أهم أساليب التواصل التي يكتسبها الإنسان خلال سنوات نموه الأولى، ولا يمكن إنكار الدور الترفيهي الذي تلعبه الموسيقى منذ قديم الأزل، لكن الصوت أعمق من مجرد نغمة يصدرها وتر فتسمعها الأذن؛ فقد وضعت الفيزياء علمًا كاملًا بمسمى علم الصوتيات، حيث يتعمق في تحليل الصوت ليفهم آلية تكونه وانتقاله، لذا يقدم لكم هذا المقال بحث فيزياء عن الصوت لمناقشة الصوت من منظور فيزيائي.
بحث فيزياء عن الصوت
الصوت عبارة عن موجة تكونت نتيجة اهتزاز جسم ما، تتحرك خلال وسط مادي -وهو عبارة عن مجموعة من الذرات المترابطة والمتفاعلة مع بعضها كالهواء أو الماء أو الحديد- من مكان لآخر، حيث ينتقل الصوت عن طريق تصادم جزيئات الوسط ببعضها فتمتص الذرة المصطدمة الطاقة من المصدر مما يجعلها قابلة للحركة وتغيير موقعها، فتصطدم بذرة أخرى وهكذا، حيث تعتبر موجات الصوت موجات ميكانيكية؛ أي تحتاج إلى وسط مادي حتى تنتشر لذلك لا يمكن للصوت الانتقال خلال الفراغ[١]، وكان العالِم الإنجليزي روبرت بويل Robert Boyle أول من اكتشف أن الصوت يحتاج إلى وسط مادي لكي يستطيع الانتقال.[٢] وتعدّ موجات الصوت موجات طولية، وقد تُسمى بالموجات التضاغطية، وفيها يكون اتجاه حركة جزيئات الوسط موازٍ لاتجاه انتقال الطاقة، مما يُكوّن سلسلة بنمط متكرر من مناطق ضغط مرتفعة يُطلق عليها تضاغطات ومناطق ضغط منخفضة يُطلق عليها تخلخلات تعمل على نقل الصوت من مكان لآخر، ويطلق على المسافة بين تضاغطين متتاليين أو بين تخلخلين متتاليين طول الموجة.[١]
كما تُقاس شدة الصوت - وهي إحدى خصائص الصوت- بوحدة الديسبل Decibel ورمزها dB ، وتعد العلاقة بين شدة الصوت وعُلُوِّه طردية؛ حيث يزداد الصوت عُلُوًّا كلما زادت شدته، ويستطيع الانسان سماع الأصوات التي تقع شدتها بين صفر إلى 120 ديسبل، حيث تُقسّم الأذن إلى ثلاث أقسام رئيسة: الأذن الخارجية، الأذن الوسطى والأذن الداخلية، وكل قسم له دوره في عمليه استقبال الصوت وجعل الإنسان قادرًا على السماع.[٣] ومن خصائص الموجات الصوتية التي يجب معرفتها في بحث فيزياء عن الصوت هي تردد الصوت، وهو عدد الموجات التي تصدر في الثانية الواحدة أو عدد الموجات التي تقطع مسافة معينة خلال ثانية واحدة، حيث توصف الأصوات ذات التردد العالي بأنها حادة[٢]، ويُقاس تردد الصوت بوحدة الهيرتز Hz، ويستطيع الإنسان سماع الأصوات التي تردداتها بين 20 Hz and 20000 Hz، وتسمى الأصوات التي تردداتها أقل من 20 Hz بموجات تحت سمعية، وما زاد عن 20000 Hz بموجات فوق سمعية.[٣] ويتضح تحت عنوان: "بحث فيزياء عن الصوت" أن الصوت لا يسير بسرعة ثابتة؛ إنما تختلف من وسط لآخر، فسرعة الصوت في الماء ليست نفسها في الهواء أو المواد الصلبة، وتؤثر في سرعة الصوت عدة عوامل منها كثافة الوسط؛ فسرعة الصوت في الأوساط الصلبة أسرع من الأوساط السائلية والذي بدوره يكون أسرع فيها من الأوساط الغازية، وحتى في نفس الوسط الغازي يسير الصوت بسرعة أكبر في الهواء الدافئ عن البارد، كما أن نوع الغاز يؤثر في سرعة الصوت أيضًا؛ فيكون في غاز الهيليوم أسرع من الهواء العادي، وهذا هو السبب في أن الأشخاص يصبح صوتهم مضحكًا بعد استنشاقهم غاز الهيليوم؛ حيث تكون موجات أصواتهم أسرع وذات تردد أعلى من الوضع الطبيعي.[٢]
