الصوت
الدرس الأول
الصوت
أنظر وأتساءل
تتشكل هذه السحابة عندما تخترق الطائرة النفاثة حاجز الصوت منتجة دويًّا هائلًا. ما الذي تشعر به إذا كنت قريبًا منها؟
أستكشف
نشاط استقصائي
كيف يتكون الصوت؟
أكون فرضية
عندما أضرب الوتر المطاطي ينتج صوت. كيف يعتمد هذا الصوت على طريقة ضربي للوتر؟ أكتب إجابتي على شكل فرضية كما يلي:
إذا ازدادت القوة التي أضرب بها الوتر فإن الصوت ............
أختبر فرضيتي
الخطوات
- أحذر. أرتدي نظارة، أكون موجات صوتية مستخدمًا وترًا مطاطيًا، كما هو مبين في الشكل أدناه. أعمل ثقبًا صغيرًا في أسفل الكأس باستعمال عود أسنان، وأدخل طرف خيط عبر الثقب. أربط نهاية الأسفل من أحد طرفي عود الأسنان إلى الكأس من خلال الثقب، وأربط الطرف الآخر للوتر المطاطي في المسطرة، ثم أثبت المسطرة بالكأس مستخدمًا الشريط اللاصق.
- ألاحظ. أمسك الكأس بإحدى يدي، بينما أضرب الوتر باليد الأخرى. ماذا أسمع وألاحظ؟ أسجل ملاحظاتي.
- أضرب الوتر برفق، ثم بقوة. أسجل كيف يتغير الصوت الناتج. أكرر الخطوة للتأكد من نتائجي.
أستخلص النتائج
- أفسر البيانات. بناء على ملاحظاتي، هل كانت فرضيتي صحيحة؟
- أستنتج. كيف يحدث الوتر المطاطي الصوت؟ أستخدم ملاحظاتي التي حصلت عليها في الخطوة الثانية لمساعدتي على الإجابة.
أستكشف أكثر
كيف تؤثر قوة شد الوتر المطاطي، أو قصره، أو غلظه في ارتفاع أو انخفاض حدة الصوت؟ أكون فرضية وأصمم تجربة لاختبارها.
أحتاج إلى
نظارات.
وتر مطاطي.
كأس ورقية.
عود أسنان.
مسطرة خشبية أو بلاستيكية.
شريط لاصق.
أقرأ وأتعلم
السؤال الأساسي
ما خصائص الصوت؟
المفردات
التذبذب
موجة صوتية
الوسط
شدة الصوت
علو الصوت
الفراغ
الامتصاص
الانعكاس
انعكاس الصوت
الصدى
التردد
حدة الصوت
مهارة القراءة
حقيقة أم رأي
حقيقة | رأي
ما الصوت؟ وكيف ينتج؟
عند ضرب وتر مشدود فإنه يهتز ويتحرك إلى أعلى وإلى أسفل. تسمى هذه العملية التذبذب. ونتيجة لاهتزاز الوتر تتحرك جزيئاته وتحرك الوسط المحيط بها، وهو الهواء، فينقل الهواء هذه الاهتزازات إلى آذاننا، فنسمع الصوت؛ فجميع الأصوات تسببها الاهتزازات.
هل لاحظت اهتزاز الأجسام القريبة من مذياع يعمل بصوت عال؟ ما الذي يسبب اهتزاز الأجسام إذا كان هناك صوت عال قريب منها؟
عندما يصدر جسم ما صوتًا فإنه يهتز إلى الأمام وإلى الخلف. إن اهتزاز غشاء سماعة مكبر الصوت مثلًا يسبب تقارب جزيئات الهواء بعضها إلى بعض، ثم تباعدها، مما يؤدي إلى تكوين مناطق في الهواء تحتوي على عدد كبير من الجزيئات تسمى تضاغطات، ومناطق أخرى تحتوي على عدد قليل من الجزيئات تسمى تخلخلات. تنتقل التضاغطات والتخلخلات عبر الهواء حاملة معها الطاقة الصوتية. وكل منطقة من الهواء تتحرك إلى الأمام وإلى الخلف، إنما هي تهتز فقط؛ فالصوت لا يحرك جزيئات الهواء من مكان إلى آخر.
شكل توضيحي
تضاغط
تخلخل
تهتز جزيئات الوسط الذي ينتقل الصوت فيه بنفس اتجاه انتقال الموجات الصوتية.
تسمى سلسلة التضاغطات والتخلخلات المنتقلة خلال مادة ما موجة صوتية. وتسمى المادة التي تنتقل خلالها الموجة وسطًا. وتحمل الموجات الصوتية الطاقة مثل جميع الموجات الأخرى، تسمى الطاقة الصوتية.
عند انتقال الموجات الصوتية خلال وسط ما، تهتز جزيئات الوسط في أماكنها، ولا تنتقل مع الطاقة من مكان إلى آخر.
تسبب الموجات الصوتية اهتزاز الوسط في اتجاه انتقال الطاقة نفسه؛ لذا تسمى موجات الصوت الموجات الطولية.
ما الذي يجعل الصوت عاليًا أو منخفضًا؟
هناك صفة للصوت تحدد ما إذا كان الصوت عالياً أو منخفضًا. يمكن إصدار صوت عال أو منخفض حسب مقدار الطاقة التي يكتسبها الجسم المهتز؛ فعندما تصدر موجات الصوت بجسم ما تبدأ في الجسم الاهتزاز؛ نتيجة لطاقة الموجة الصوتية، وكمية الطاقة التي تحملها الموجة التي تعبر مساحة محددة خلال ثانية واحدة تسمى شدة الصوت. إذا كانت الطاقة التي تحملها الموجات الصوتية كبيرة فإنها تسبب اهتزازات قوية، وتسمع أصواتًا عالية. قد تحدث ضررًا للأذن. وهذا يوضح كيف أن الأصوات الصادرة عن الطائرات أو آلات التسجيل عالية، وقد تسبب اهتزاز الأطباق. أما إذا كانت الطاقة منخفضة فتكون الاهتزازات ضعيفة والأصوات التي تسمعها خافتة.
علو الصوت هو ما يدركه الإنسان من خلال إحساسه بشدة الموجات الصوتية.
أختبر نفسي
حقيقة أم رأي. ذكر زميلك أن الأصوات عند الإنسان تنشأ من اهتزاز الأحبال الصوتية، هل ما ذكره زميلك حقيقة أم رأي؟
التفكير الناقد. كيف تحدد شدة الصوت الصادر من الجرس إذا كان الصوت مرتفعًا أو إذا كان الصوت منخفضًا؟ أفسر إجابتي.
صورة توضيحية
تتناقص شدة موجات الصوت كلما انتشر الصوت مبتعدًا عن مصدره، حيث تتوزع الطاقة على مساحة أكبر.
كيف ينتقل الصوت؟
هل نستطيع سماع أصوات في الفضاء؟
لا؛ لأن الفضاء يتكون من فراغ، والفراغ منطقة لا يوجد فيها جزيئات مادة تقريبًا، أي لا يوجد وسط لينتقل الصوت خلاله في الفضاء؛ لذا لا نستطيع سماع أي صوت فيه، حتى لو شغلت مذياعًا بجانبك.
ينتقل الصوت عبر المواد الصلبة والسائلة والغازية. وتكون سرعة الصوت أكبر ما يمكن في المواد الصلبة، وأقل ما يمكن في الغازات. تبلغ سرعة الصوت في الحديد مثلًا ٥٩٤٠ م/ث، في حين تبلغ سرعته في الهواء ٣٤٣ م/ث.
ويرجع السبب في اختلاف سرعة الصوت في الأوساط المختلفة إلى المسافات الفاصلة بين الجزيئات المكونة لها وانتقال الطاقة الصوتية بين التصادمات. ففي جزيئات المواد الصلبة قريبة جدًا بعضها من بعض، وتتصادم بسرعة، لذا ينتقل الصوت بشكل سريع. أما في الغازات فتكون المسافات بين الجزيئات كبيرة، لذا تكون تصادماتها أقل، ومن ثم تكون سرعة انتقال الصوت فيها أقل. تكون درجة الحرارة أيضًا عاملًا مهمًا في سرعة انتقال الصوت؛ إذ يجعل الهواء الدافئ سرعة أكبر من الهواء البارد؛ لأن سرعة جزيئات الهواء الدافئ أكبر وعدد التصادمات أكثر.
صور
لا ينتقل الصوت في الفضاء الخارجي.
يشكل الماء وسطًا مناسبًا تنتقل أصوات الدلافين.
نشاط
ناقلات الصوت
- أتوقع. هل أسمع صوت المذياع بشكل أفضل عبر الهواء، أم الماء، أم الخشب؟
- أضع المذياع على طاولة خشبية، ثم أضع أذني على الجهة الأخرى للطاولة وأستمع إلى المذياع، أسجل ملاحظاتي.
- أملأ كيسًا بلاستيكيًا بالماء، وأضعه بجانب أذني، ثم أضع المذياع في الجهة الأخرى للكيس. هل صوت المذياع عال أم منخفض؟ أبتعد عن أذني وأستمع إلى صوت المذياع عبر الهواء. هل صوت المذياع عبر الهواء عال أم منخفض؟ أسجل ملاحظاتي.
- أرتب الأوساط الثلاثة بحسب قدرتها على نقل الصوت، من الرديء إلى الجيد: الخشب، الهواء، الماء.
- أستنتج. كثافة الخشب أقل من كثافة الماء، ولكنها أكبر من كثافة الهواء، ما ترتيب الخشب من حيث قدرته على نقل الصوت؟
التغيرات التي تحدث للصوت عند انتقاله
يستخدم في الغرف العازلة للصوت مواد لينة، سميكة وغير منتظمة الشكل، تعمل على امتصاص الطاقة الصوتية. فالامتصاص هو عملية نقل الطاقة إلى سطح ما عند اختفاء موجة فيه؛ حيث تتحول الموجات الممتصة إلى طاقة حركية أو حرارية في ذلك السطح.
هل سمعت عن الصدى؟
إن اصطدام الموجات بسطح صلب يؤدي إلى ارتدادها؛ أي حدوث انعكاس لها. فعندما تصطدم الموجات الصوتية بسطح صلب ما فإنها ترتد عنه، ويحدث انعكاس للصوت. أما الصدى فهو تكرار سماع الصوت بسبب انعكاس الموجات الصوتية. عند حدوث انعكاس للموجات الصوتية عن سطح ما فإن جزءًا منها يحدث له امتصاص، وتعتمد كمية هذا الجزء على طبيعة السطح، لذا لا يكون علو الصدى بنفس علو الصوت الأصلي.
أختبر نفسي
حقيقة أم رأي. يقول صديقك إن الصدى مزعج؛ لأنه أخفض من الصوت الأصلي، أي جزأي العبارة حقيقة، وأيهما رأي؟
التفكير الناقد. عندما أضع أذني على الأرض، أستطيع سماع صوت ما بسرعة أكبر من سماعي له في الهواء. أفسر ذلك.
صورة
جدران هذه الغرفة تمتص الصوت.
ما حدة الصوت؟
عندما تسمع صوت امرأة أو رجل، تجد اختلافًا بينهما. ما الذي يميز صوت المرأة عن الرجل؟
الموجات الصوتية التي تصل إلى أذنك تختلف في الحالتين. في الحالة الأولى تتقارب التضاغطات والتخلخلات بعضها من بعض، أي يزداد ترددها. والتردد هو عدد مرات اهتزاز جسم ما خلال ثانية واحدة، ووحدة قياسه الهرتز. ويتم التمييز بين الأصوات من خلال حدتها. وحدة الصوت صفة للصوت تحدد ما إذا كان رفيعًا أم غليظًا، وهي تعتمد على تردد الصوت؛ فالصوت الرفيع تردده عال، أما الصوت الغليظ فتردده منخفض.
حدة الصوت وتردده طريقتان مختلفتان لوصف الصوت. فحدة الصوت هي طريقة تمييز الأذن للتردد، وترتبط بعدد التضاغطات في موجة الصوت، لكنها تختلف عن التردد.
صورة توضيحية
صوت مرتفع الحدة تكون التضاغطات والتخلخلات متقاربة "تردد عال".
صوت منخفض الحدة تكون التضاغطات والتخلخلات متباعدة "تردد منخفض".
تغيير حدة الصوت
لزيادة حدة الصوت نعمل على زيادة عدد الاهتزازات التي يعملها في الثانية الواحدة. تستطيع زيادة تردد الصوت بالتحرك في اتجاهه.
كيف؟ إذا تحركنا في اتجاه الموجة فإننا نسمع التضاغطات بسرعة أكبر مما لو بقينا ثابتين دون حركة. وإذا تحركنا مبتعدين عنها فإن التضاغطات تصل إلى آذاننا أبطأ مما لو بقينا ثابتين.
يسمى التغير في التردد بسبب حركتنا مقتربين أو مبتعدين عن الموجة تأثير دوبلر.
تأثير دوبلر
أقرأ الصورة
هل حدة صوت صافرة القطار أعلى أم أخفض من حدتها الطبيعية؟
إرشاد: هل يتحرك القطار مقتربًا منك أم مبتعدًا عنك؟
أختبر نفسي
حقيقة أم رأي. يقول زميلك إن الأصوات العالية مزعجة؛ وذلك لأنها تجعل الأذن تهتز بسرعة كبيرة. أي جزأي العبارة حقيقة وأيهما رأي؟
التفكير الناقد. كيف يمكنك تغيير حدة صوتك؟
ما فائدة الصدى؟
للصدى فوائد مهمة؛ فالخفاش مثلًا يرسل أصواتًا ترتد عن فريسته، فيرشده الصدى إلى مكانها. كما تستعمل الحيتان والدلافين وأم أسماك أخرى هذه الطريقة في تحديد الموقع باستخدام الصدى. تستخدم الحيوانات والدلافين أيضًا هذه الطريقة لتحديد طريقها والحصول على الغذاء. وقد طور العلماء أجهزة السونار التي تستخدم هذه الطريقة لتحديد مواقع الأجسام تحت الماء.
صور
يستفيد الخفاش من صدى الصوت في تحديد موقع.
يستخدم السونار في السفن لمعرفة أماكن الأجسام تحت سطح الماء.
أختبر نفسي
حقيقة أم رأي. تستخدم الدلافين والحيتان صدى الصوت لتحديد المواقع. الدلافين والحيتان أذكى من المخلوقات البحرية الأخرى. أي هاتين العبارتين حقيقة وأيهما رأي؟
التفكير الناقد. هل يمكن استخدام السونار على اليابسة؟ أفسر إجابتي.
مراجعة الدرس
ملخص مصور
تنتج الأجسام المهتزة موجات صوتية تنتقل عبر الأوساط.
تعمل المواد والأجسام على نقل الصوت أو عكسه أو امتصاصه.
تزداد حدة الصوت بازدياد تردد الموجات الصوتية.
أفكر، وأتحدث، وأكتب
- المفردات. يسمى عدد التضاغطات في الوحدة الزمنية من ................ الموجات الصوتية.
- حقيقة أم رأي؟ هل هناك ضرورة لوضع سدادات الأذن عند استخدام مكنسة كهربائية؟ أدعم رأيي بحقائق.
حقيقة | رأي
- التفكير الناقد. كيف يمكنك إصدار أصوات مختلفة باستخدام قطعة مطاط واحدة فقط؟
- أختار الإجابة الصحيحة. في أي مما يلي تكون سرعة الصوت أكبر؟
أ. الماء
ب. الحديد
ج. الزيت
د. الهواء
- أختار الإجابة الصحيحة. يعد الصدى مثالًا على أن موجات الصوت:
أ. تتحول
ب. تمتص
ج. تنعكس
د. تنكسر
- السؤال الأساسي. ما خصائص الصوت؟
المطويات
أنظم أفكاري
أعمل مطوية، ألخص فيها ما تعلمته عن الصوت.
موجة صوتية
حدة الصوت
انعكاس الصوت
تأثير دوبلر
العلوم والرياضيات
أحسب العمق
يستغرق الصوت ثانية واحدة ليرتد عن جسم موضوع على عمق ٧٠٠ م تحت سطح الماء. ما عمق الجسم الذي نسمع صوت الصدى المنعكس منه بعد ٤ ثوان؟
العلوم والفن
أرسم وأنمذج
أرسم جزيئات الهواء في حالتي التضاغط والتخلخل وألونها.
جاري تحضير الدرس المعاد صياغته وبناء الأنماط
نحافظ على المعنى العلمي ونربط كل فقرة بنواتجها ومفاهيمها.
إعادة إنتاج الدرس حسب نمط التعلم
طلب واحد ينتج المسارات البصري والسمعي والحركي والقرائي معًا، بصياغة تراعي سياق المناهج السعودية.
اختر نمط التعلم
تُنتج الأنماط الأربعة دفعة واحدة، ثم تُستدعى الحزمة المحفوظة في الزيارات التالية.