كيف ينشأ الصوت وكيف ينتشر وما هي طبيعته ؟

في عالم الفيزياء ، الصوت هو اهتزاز ميكانيكي ينتقل عبر موجات طولية أو عرضية متعاقبة من الضغط ، ينشأ الصوت نتيجة جسم مهتز وينتقل في كافة الاتجاهات حول الجسم الذي سبب اهتزازه حدوث الصوت . هل سألت نفسك في يوم من الأيام كيف ينشأ الصوت؟ في هذا المقال نتحدث بشيء من التفصيل وبأسلوب علمي مبسط عن طبيعية الصوت ، وكيفية نشوءه وانتشاره .

فهم كيف ينشأ الصوت بشكل علمي

كيف ينشأ الصوت ؟

لمعرفة كيف ينشأ الصوت يجب أن نقوم بهذه التجربة البسيطة: قم بجلب مسطرة ، معدنية أو بلاستيكية ، وضعها على طرف المنضدة بشكل أفقي ، وقم بتثبيتها بشكل جيد ، خصوصًا في نقاط طرف المنضدة ، وقم بنقرها نقرة خفيفة من الطرف ، ستلاحظ على الفور أن هذا الفعل يسبب حدوث صوت يمكن سماعه بوضوح ، كما يمكنك ملاحظة أن الصوت يزداد حدة (تعلو النغمة) كلما قصرنا الجزء البارز من المسطرة ، ويمكننا أيضًا ملاحظة أن عدد الاهتزازات في هذه الحالة يزداد ، والعكس يحصل عند تطويل الجزء البارز من المسطرة ، حيث يقل عدد الاهتزازات ، وأيضًا يغلظ الصوت ويصبح جهيرًا (تنخفض نغمته) .

يمكن عمل تجربة أخرى مثل التجربة السابقة لفهم كيف ينشأ الصوت ، وذلك عن طريق شد وتر من المطاط بين مسمارين ، ومن ثم شد الوتر من المنتصف وتركه يتأرجح ، نلاحظ أن الوتر عندما يتحرك تصدر منها نغمة معينة ، وبتقصير الوتر أو إطالته تختلف النغمة ، حيث نحصل على نغمات أكثر حدة عندما نقصر من طول الوتر ، بينما تتحول النغمات إلى نغمات حادة وذلك عندما نقصر من طول الوتر .

هاتان التجربتان توضحان بشكل جلي كيف ينشأ الصوت ، حيث كما رأينا ، أن الصوت ينشأ من اهتزاز الأجسام المختلفة ، وبزيادة عدد الاهتزازات نحصل على أصوات أكثر حدة ، بينما بتقليلها نحصل على صوت أكثر غلظة ، عدد الاهتزازات لكل ثانية واحدة لمصدر الصوت يدعى تردد الصوت ، يقاس التردد بوحدة الاهتزازة/ثانية أو وحدة الهرتز ، نسبة إلى العالم الألماني هاينريخ رودولف هرتز الذي كان له العديد من الإسهامات في مجال الفيزياء المرتبطة بالمغناطيسية .

الصوت البشري

كما رأينا ، الصوت ينشأ من تردد معين لأحد الأجسام الصلبة ، فكيف ينشأ الصوت في العالم الواقعي ، في الحقيقة نفس المبدأ ينطبق على أي صوت يتم إصداره ، فأنت إذا ما قمت بالخبط بيدك على الطاولة ، فإنما تقوم بجعل سطح الطاولة يهتز ، ومن ثم تسمع الصوت الناتج عن الاهتزاز ، أيضًا بنفس الطريقة يتم إنشاء الصوت في حنجرة الإنسان ، حيث تهتز الأوتار الصوتية محدثة ترددًا معينًا نسمعه ونستطيع التواصل عن طريقه ، صوت الرجل يكون أكثر غلظة ، بينما صوت المرأة يكون أكثر رقة ، والسبب في ذلك أن الأحبال الصوتية للرجل أطول وأكثر سماكة ، بينما أحبال المرأة الصوتية أقصر وأكثر دقة ، تهتز أحبال الرجل الصوتية بمعدل أقل من اهتزاز أحبال المرأة الصوتية ، لذلك ينشأ هذا الاختلاف في طبقة الصوت بين الجنسين .

تردد الصوت

تردد الصوت هو عدد الاهتزازت الحادثة في مصدر الصوت كما أسلفنا ، وهو يقاس بوحدة الهرتز ، وقد وجد العلماء أن الأذن البشرية قادرة على تمييز الأصوات التي يتراوح ترددها بين 20 و 20,000 هرتز ، الأصوات الأقل من 20 هرتز ، والأعلى من 20,000 هرتز هي أصوات غير محسوسة بالنسبة للأذن البشرية ، وجدير بالذكر أن الإنسان إذا ما تقدم في العمر يقل مدى الأصوات التي يستطيع سماعها ، حيث ينخفض أعلى تردد محسوس للأذن عند كبار السن إلى حوال 12,000 هرتز فقط ، وهذا ما يؤدي إلى وجود بعض الأصوات التي لا يستطيع كبار السن سماعها بسبب ترددها العالي ، بينما يستطيع من هم أصغر سنًا سماعها ، أيضًا بعض الحيوانات ، مثل الكلاب ، لديها القدرة على سماع الأصوات ذات الترددات الأدنى التي لا تستطيع الأذن البشرية التقاطها ، وهذا ما يجعل مثل هذه الحيوانات تستطيع الإحساس بصوت حركة انزلاق طبقات الأرض ، التي تحدث الزلازل ، ومن ثم يمكنها توقع حدوث الزلازل قبلها بوقت قليل .

انتقال الصوت

يحتاج الصوت للانتقال إلى وسط مادي ، سواءً كان هذا الوسط صلبًا ، أو سائلاً ، أو غازيًا ، وتختلف سرعة الصوت بحسب الوسط الذي ينتقل فيه الصوت ، حيث ينتقل الصوت بشكل أسرع في السوائل والمواد الصلبة عن الغازات ، أيضًا كلما ازدادت درجة حرارة الوسط ، كلما زادت سرعة الصوت فيه ، السرعة المتوسطة للصوت في الهواء الجوي الجاف ، وفي درجة حرارة 20 درجة سليزيوس هي 340 متر/ثانية . سرعة الصوت تعتبر سرعة بطيئة نسبيًا في الطبيعة ، حيث قام الإنسان بابتكار طائرات تستطيع بسهولة أن تتخطى سرعة الصوت بعدة أضعاف ، سرعة الصوت على سبيل المثال أقل من سرعة الضوء الهائلة التي تقدر بـ 300 ألف متر/ثانية ، هذا التفاوت الكبير بين السرعتين يظهر في بعض الظواهر الطبيعية ، مثل مشاهدة ضوء البرق أولاً ، ومن ثم سماع صوت الرعد ، مع أن الظاهرتين تحدثان في الوقت نفسه .

صدى الصوت

صدى الصوت هو صوت انعكاس الصوت على أحد الأجسام الصلبة وارتداده مرة أخرى إلى الأذن ، حيث تسمع الأذن الصوت الأصلي أولاً ، ومن ثم ارتداده من على سطح الجسم ، حتى تستطيع الأذن البشرية تمييز صدى الصوت يجب أن تكون المدة الفاصلة بين الصوت الأصلي وارتداد الصوت أكبر من 0 .1 ثانية ، وهذا يعني أن الحاجز الذي ترتد من عليه الموجات الصوتية ينبغي أن يكون أبعد عن مصدر الصوت بمقدار 17 متر أو أكثر . هذه الظاهرة تحدث أيضًا في الموجات الكهرومغناطيسية ، ويتم الاستفادة منها في عمل أجهزة السونار التي تقوم بالكشف عن وجود الأجسام الصلبة والمعادن عن طريق استشعار الموجات المرتدة منها ، أيضًا تستخدم الخفافيش هذا الأسلوب للرؤية ، بدلاً من العين .

طالعنا في هذا المقال كيف ينشأ الصوت ، وأوضحنا أنه ينشأ من حركة اهتزازية للأجسام الصلبة ، أيضًا أوضحنا كيف ينشأ الصوت البشري ، ولماذا تختلف طبقة الصوت بين الرجال والنساء ، أيضًا تحدثنا عن مفهوم تردد الصوت ، وأوضحنا كيف ينتقل الصوت ، وكيف يحدث صدى الصوت .