مصادر الصوت. اهتزازات صوتية

يعيش الإنسان في عالم الأصوات. الصوت بالنسبة للإنسان هو مصدر للمعلومات. ويحذر الناس من الخطر. الصوت على شكل موسيقى، غناء العصافير يمنحنا المتعة. يسعدنا أن نستمع إلى شخص بصوت لطيف. الأصوات مهمة ليس فقط للبشر، ولكن أيضًا للحيوانات، حيث يساعدها الكشف الجيد عن الصوت على البقاء.

صوت- هذه ميكانيكية موجات مرنة، ينتشر في الغازات والسوائل، المواد الصلبة وهي غير مرئية ولكن تدركها الأذن البشرية (تؤثر الموجة على طبلة الأذن). الموجة الصوتية هي موجة طوليةالضغط والتخلخل.

سبب الصوت- اهتزازات (تذبذبات) الأجسام، على الرغم من أن هذه الاهتزازات غالبًا ما تكون غير مرئية لأعيننا.

شوكة- هذا لوحة معدنية على شكل حرف Uالتي يمكن أن تهتز أطرافها بعد تعرضها للضرب. تم النشر الشوكة الرنانةالصوت ضعيف جدًا ولا يمكن سماعه إلا من مسافة قصيرة. مرنان- صندوق خشبي يمكن تركيب شوكة رنانة عليه يعمل على تضخيم الصوت. في هذه الحالة، يحدث انبعاث الصوت ليس فقط من الشوكة الرنانة، ولكن أيضًا من سطح الرنان. ومع ذلك، فإن مدة صوت الشوكة الرنانة على الرنان ستكون أقصر من دونها.

إذا خلقنا فراغًا، فهل سنتمكن من تمييز الأصوات؟ وضع روبرت بويل ساعة في وعاء زجاجي عام 1660. وبعد ضخ الهواء، لم يسمع أي صوت. التجربة تثبت ذلك هناك حاجة إلى وسيط لانتشار الصوت.

يمكن أن ينتقل الصوت أيضًا عبر الوسائط السائلة والصلبة. ويمكن سماع آثار الحجارة بوضوح تحت الماء. ضع الساعة على أحد طرفي اللوح الخشبي. ومن خلال وضع أذنك على الطرف الآخر، يمكنك سماع دقات الساعة بوضوح.

مصدر الصوت هو بالضرورة الأجسام المتذبذبة. على سبيل المثال، الوتر الموجود على الجيتار لا يصدر صوتًا في حالته الطبيعية، ولكن بمجرد أن نجعله يهتز، تظهر موجة صوتية.

ومع ذلك، فقد أظهرت التجربة أنه ليس كل جسم مهتز هو مصدر للصوت. على سبيل المثال، الوزن المعلق على خيط لا يصدر صوتًا. مصادر الصوت- الأجسام المادية التي تهتز، أي. يرتعش أو يهتز بتردد يتراوح بين 16 إلى 20000 مرة في الثانية.تسمى هذه الموجات صوت.يمكن أن يكون الجسم المهتز صلبًا، مثل خيط أو قشرة الأرض، غازية، على سبيل المثال، تيار من الهواء في آلات النفخ الآلات الموسيقيةأو سائل مثل الأمواج على الماء.

تسمى التذبذبات ذات التردد الأقل من 16 هرتز الموجات فوق الصوتية. تسمى التذبذبات ذات التردد الأكبر من 20000 هرتز الموجات فوق الصوتية.

موجة صوتية(الاهتزازات الصوتية) تنتقل في الفضاء الاهتزازات الميكانيكيةجزيئات المادة (مثل الهواء). دعونا نتخيل كيف تنتشر الموجات الصوتية في الفضاء. نتيجة حدوث بعض الاضطرابات (على سبيل المثال نتيجة اهتزازات مخروط مكبر الصوت أو وتر الجيتار) مما يسبب حركة واهتزازات للهواء عند نقطة معينة في الفضاء، يحدث انخفاض في الضغط في هذا المكان، حيث أن الهواء تنضغط أثناء الحركة، مما يؤدي إلى ضغط زائد، مما يدفع طبقات الهواء المحيطة. يتم ضغط هذه الطبقات، مما يؤدي بدوره إلى زيادة الضغط مرة أخرى، مما يؤثر على طبقات الهواء المجاورة. لذلك، كما لو كان على طول سلسلة، ينتقل الاضطراب الأولي في الفضاء من نقطة إلى أخرى. تصف هذه العملية آلية انتشار الموجة الصوتية في الفضاء. يسمى الجسم الذي يحدث اضطرابات (ذبذبات) في الهواء مصدر الصوت.

المفهوم المألوف لنا جميعا هو " صوت"تعني مجرد مجموعة من الاهتزازات الصوتية التي تدركها أداة السمع البشرية. سنتحدث لاحقًا عن الاهتزازات التي يدركها الشخص والتي لا يدركها.

خصائص الصوت.

تتميز الاهتزازات الصوتية، وكذلك جميع الاهتزازات بشكل عام، كما هو معروف من الفيزياء، بالسعة (الشدة)، والتردد، والطور.

يمكن للموجة الصوتية أن تنتقل إلى مسافات مختلفة. يمكن سماع إطلاق النار على بعد 10-15 كم، وصهيل الخيول ونباح الكلاب على مسافة 2-3 كم، والهمسات على بعد أمتار قليلة فقط. وتنتقل هذه الأصوات عبر الهواء. ولكن ليس الهواء فقط هو الذي يمكن أن يكون موصلاً للصوت.

ومن خلال وضع أذنك على القضبان، يمكنك سماع صوت قطار يقترب في وقت أبكر بكثير وعلى مسافة أكبر. وهذا يعني أن المعدن يوصل الصوت بشكل أسرع وأفضل من الهواء. كما أن الماء يوصل الصوت بشكل جيد. بعد الغوص في الماء، يمكنك سماع الحجارة تدق بعضها البعض بوضوح، ضجيج الحصى أثناء الأمواج.

تُستخدم خاصية الماء - فهو موصل للصوت بشكل جيد - على نطاق واسع للاستطلاع في البحر أثناء الحرب، وكذلك لقياس أعماق البحر.

الشرط الضروري لانتشار الموجات الصوتية هو وجود وسط مادي. في الفراغ، لا تنتشر الموجات الصوتية، حيث لا توجد جزيئات تنقل التفاعل من مصدر الاهتزازات.

لذلك، بسبب عدم وجود الغلاف الجوي، يسود الصمت الكامل على القمر. وحتى سقوط النيزك على سطحه لا يكون مسموعاً للمراقب.

أما بالنسبة للموجات الصوتية فمن المهم جداً أن نذكر خاصية مثل سرعة الانتشار.

في كل وسط، ينتقل الصوت بسرعات مختلفة.

تبلغ سرعة الصوت في الهواء حوالي 340 م/ث.

سرعة الصوت في الماء 1500 م/ث.

سرعة الصوت في المعادن وفي الفولاذ 5000 م/ث.

وفي الهواء الدافئ تكون سرعة الصوت أكبر منها في الهواء البارد، مما يؤدي إلى تغير اتجاه انتشار الصوت.

درجة الصوت والجرس وحجم الصوت

الأصوات مختلفة. لتوصيف الصوت، يتم تقديم كميات خاصة: الحجم ودرجة الصوت وجرس الصوت.

يعتمد حجم الصوت على سعة الاهتزازات: كلما زادت سعة الاهتزازات، كلما كان الصوت أعلى. بالإضافة إلى ذلك، يعتمد إدراك أذننا لحجم الصوت على تردد الاهتزازات في الموجة الصوتية. يُنظر إلى الموجات ذات التردد العالي على أنها أعلى صوتًا.

وحدة حجم الصوت هي 1 بيل (تكريمًا لألكسندر جراهام بيل، مخترع الهاتف). يكون حجم الصوت 1 B إذا كانت قوته 10 أضعاف عتبة السمع.

في الممارسة العملية، يتم قياس جهارة الصوت بالديسيبل (ديسيبل).

1 ديسيبل = 0.1B. 10 ديسيبل – الهمس؛ 20-30 ديسيبل - معيار الضوضاء في المباني السكنية؛

50 ديسيبل - محادثة متوسطة الحجم؛

70 ديسيبل - ضجيج الآلة الكاتبة؛

80 ديسيبل - ضجيج محرك الشاحنة أثناء التشغيل؛

120 ديسيبل – ضجيج الجرار الجاري على مسافة 1 متر

130 ديسيبل - عتبة الألم.

يمكن أن يؤدي الصوت الأعلى من 180 ديسيبل إلى تمزق طبلة الأذن.

تردد الصوت تحدد موجة الانحناء درجة النغمة. كلما زاد تردد اهتزاز مصدر الصوت، كلما زاد الصوت الذي يصدره. أصوات بشريةوهي مقسمة إلى عدة نطاقات الارتفاع.

أصوات من مختلفة مصادر x عبارة عن مجموعة من التذبذبات التوافقية بترددات مختلفة. المكون الأكثرتسمى الفترة الأدنى (أدنى تردد) بالنغمة الأساسية. أما باقي مكونات الصوت فهي النغمات. مجموعة هذه المكونات تخلق اللونكو، جرس الصوت. مجموعة النغمات في أصوات الأشخاص المختلفين تختلف قليلاً على الأقل،هذا يحدد الجرس على وجه التحديدالأصوات.

وفقا للأسطورة، فيثاغوع الكل الأصوات الموسيقية مرتبة على التوالي، متكسرةتنقسم هذه السلسلة إلى أجزاء - أوكتافات - و

اوكتاف - مقسم إلى 12 جزءًا (7 أجزاء رئيسيةجديدة و5 نغمات نصفية). هناك 10 أوكتافات إجمالاً، عادةً عند اللعب الأعمال الموسيقيةيتم استخدام 7-8 أوكتافات. لا يتم استخدام الأصوات التي يزيد ترددها عن 3000 هرتز كنغمات موسيقية؛ فهي حادة وحادة للغاية.

يمكن للموجة الصوتية أن تنتقل إلى مسافات مختلفة.

• ويمكن سماع إطلاق النار على مسافة 10-15 كيلومترا.
• صافرة قاطرة - عند 7-10،
• صهيل الخيول ونباح الكلاب - لمسافة 2-3 كيلومترات،
• والهمس على بعد أمتار قليلة فقط.

وتنتقل هذه الأصوات عبر الهواء.

ولكن ليس الهواء فقط هو الذي يمكن أن يكون موصلاً للصوت.

معدن

ضع أذنك على القضبان، وسوف تسمع ضجيج قطار يقترب في وقت أبكر بكثير وعلى مسافة أكبر من أن يصل إليك هذا الضجيج عبر الهواء. وهذا يعني أن المعدن يوصل الصوت بشكل أفضل وأسرع من الهواء.
تجربة رائعة أخرى تقنعنا بالتوصيل الجيد للصوت بواسطة المعادن. إذا قمت بتوصيل أحد طرفي سلك معدني بالبيانو، وقمت بتوصيل طرفه الآخر إلى ذلك الجزء من المبنى الذي لا يمكن لصوت اللعبة أن يصل عبر الهواء، وقمت بتوصيل هذا الطرف بالكمان، فإن صوت البيانو سوف تكون مسموعة بوضوح. وفي الوقت نفسه يبدو أنه يأتي من الكمان.

أرض

لقد لوحظ منذ فترة طويلة انتشار جيد للصوت على الأرض. يكتب الكاتب الروسي الشهير كارامزين في "تاريخ الدولة الروسية" كيف خرج الأمير ديمتري دونسكوي نفسه للاستطلاع إلى الميدان قبل معركة كوليكوفو، ووضع أذنه على الأرض، وسمع دهس خيول تقترب جحافل التتار.

شجرة

غالبًا ما يمكنك رؤية صورة تبدو غريبة للوهلة الأولى: سائق أو سائق يأخذ عصا خشبية، ويضع أحد طرفيها على أجزاء مختلفة من المحرك، والطرف الآخر على أذنه، وأحيانًا يأخذ هذه العصا في مكانها. أسنانه. ومن خلال الاستفادة من موصلية الصوت الجيدة للخشب، فإنه يستمع إلى ضجيج الأجزاء المتحركة الفردية داخل الماكينة ويحدد ما إذا كانت تعمل بشكل جيد.

ماء

كما أن الماء يوصل الصوت بشكل جيد. بعد الغوص في الماء، يمكنك سماع الحجارة بوضوح وهي تضرب بعضها البعض، وضجيج الحصى المتدحرج أثناء الأمواج، وصوت محرك الباخرة.
إن خاصية الماء - فهو موصل للصوت بشكل جيد - تستخدم على نطاق واسع في عصرنا هذا للاستطلاع الصوتي في البحر أثناء الحرب، وكذلك لقياس أعماق البحار.

تشير الأمثلة المقدمة إلى أن الموجة الصوتية يمكن أن تنتقل ليس فقط عبر الهواء أو الغازات بشكل عام، ولكن أيضًا عبر السوائل والمواد الصلبة.

الفراغ هو عائق أمام الصوت

هناك عائق واحد فقط أمام الصوت، ومن السهل جدًا اكتشافه تجربة بسيطة. إذا قمت بضبط المنبه وقمت بتغطيته بغطاء زجاجي، فسيكون الرنين مسموعًا بوضوح. ولكن إذا قمت بضخ الهواء من غطاء محرك السيارة، فإن الصوت سوف يموت. لماذا؟ لأن الصوت لا ينتقل عبر الفراغ. وهذا سهل الشرح. بعد كل شيء، في الفراغ ليس هناك ما يتردد! موجة صوتية، تناوب بين التكثيف والتخلخل، تواجه الفراغ في طريقها ويبدو أنها تنقطع.

يمكن للموجة الصوتية أن تنتقل إلى مسافات مختلفة. وبالتالي، يمكن سماع طلقات نارية على مسافة 10-15 كيلومترًا، وصافرة قاطرة - على مسافة 7-10 كيلومترات، وصهيل الخيول والكلاب التي تنبح - على بعد 2-3 كيلومترات، وهمسات على بعد بضعة أمتار فقط. وتنتقل هذه الأصوات عبر الهواء.

ليس فقط الهواء، ولكن أيضًا الأجسام الصلبة يمكن أن تكون موصلًا للصوت.

ضع أذنك على القضبان، وسوف تسمع ضجيج قطار يقترب في وقت أبكر بكثير وعلى مسافة أكبر من أن يصل إليك هذا الضجيج عبر الهواء. ومن هذا يمكننا أن نستنتج أن المعدن موصل للصوت بشكل أفضل من الهواء.

تجربة رائعة أخرى تقنعنا بالتوصيل الجيد للصوت بواسطة المعادن. إذا قمت بتوصيل أحد طرفي سلك معدني بالبيانو، وقمت بتوصيل طرفه الآخر إلى ذلك الجزء من المبنى الذي لا يمكن لصوت اللعبة أن يصل عبر الهواء، وقمت بتوصيل هذا الطرف بالكمان، فإن صوت البيانو سوف تكون مسموعة بوضوح. وفي الوقت نفسه يبدو أنه يأتي من الكمان.

لقد لوحظ منذ فترة طويلة انتشار جيد للصوت على الأرض. يكتب الكاتب الروسي الشهير كارامزين في "تاريخ الدولة الروسية" كيف خرج الأمير ديمتري دونسكوي نفسه للاستطلاع إلى الميدان قبل معركة كوليكوفو، ووضع أذنه على الأرض، وسمع دهس خيول تقترب جحافل التتار.

غالبًا ما يمكنك رؤية صورة تبدو غريبة للوهلة الأولى: سائق أو سائق يأخذ عصا خشبية، ويضع أحد طرفيها على أجزاء مختلفة من المحرك، والطرف الآخر على أذنه، وأحيانًا يأخذ هذه العصا في مكانها. أسنانه. ومن خلال الاستفادة من موصلية الصوت الجيدة للخشب، فإنه يستمع إلى ضجيج الأجزاء المتحركة الفردية داخل الماكينة ويحدد ما إذا كانت تعمل بشكل جيد.

كما أن الماء يوصل الصوت بشكل جيد. بعد الغوص في الماء، يمكنك سماع الحجارة بوضوح وهي تضرب بعضها البعض، وضجيج الحصى المتدحرج أثناء الأمواج، وصوت محرك الباخرة.

إن خاصية الماء - فهو موصل للصوت بشكل جيد - تستخدم على نطاق واسع في عصرنا هذا للاستطلاع الصوتي في البحر أثناء الحرب، وكذلك لقياس أعماق البحار.

تشير الأمثلة المقدمة إلى أن الموجة الصوتية يمكن أن تنتقل ليس فقط عبر الهواء أو الغازات بشكل عام، ولكن أيضًا عبر السوائل والمواد الصلبة.

هناك عائق واحد فقط أمام الصوت، ويمكن اكتشافه بسهولة من خلال تجربة بسيطة للغاية. إذا قمت بضبط المنبه وقمت بتغطيته بغطاء زجاجي، فسيكون الرنين مسموعًا بوضوح. ولكن إذا قمت بضخ الهواء من غطاء محرك السيارة، فإن الصوت سوف يموت. لماذا؟ لأن الصوت لا ينتقل عبر الفراغ. وهذا سهل الشرح. بعد كل شيء، في الفراغ ليس هناك ما يتردد! موجة صوتية - تناوب بين التكاثف والتخلخل - تواجه الفراغ في طريقها، كما لو أنها تنقطع.

كل عام يصبح أسلوب الحياة الصحي أكثر شيوعًا. يقلع الناس عن التدخين، ويبدأون في ممارسة الرياضة، ويحسبون السعرات الحرارية في الأطعمة التي يستهلكونها يوميًا، ويتحكمون زيادة الوزن. هناك العديد من الرياضات...

تتضمن تقنية الطباعة ذات التنسيق الواسع تكرار المنتجات المطبوعة بمعلمات كبيرة على "طابعات واسعة" وراسمات حاسوبية خاصة. بفضل استخدام هذه المعدات الحديثة القوية، من الممكن الحصول على مطبوعات بتنسيقات مختلفة A1 وA2 وA3 و...

العزل هو عملية مهمة في أي تجديد المنزل. بعد كل شيء، فإن متانة جدار معين والواجهة ككل ستعتمد عليه. تقدم الشركات المصنعة اليوم مجموعة واسعة من المواد العازلة - المعدنية ...

في لغتنا القوية، غالبًا ما تُستخدم كلمة "الكثافة" كمرادف لـ "الثقل النوعي" أو "الثقل النوعي"، حيث أن هناك علاقة مباشرة بين الكثافة والجاذبية النوعية، ويتم قياسهما بنفس الوحدات. في نفس الوقتالثقل النوعي
، أو الكثافة، هي الخاصية الأكثر سهولة في قياس المادة والأكثر سهولة في فهم جوهرها.
لذلك نبدأ في فهم الأمر معه. ما الذي يجب فهمه بالضبط؟ وهكذا أصبح كل شيء واضحاً: هناك مواد «ثقيلة» مثلاً الفولاذ، وهناك مواد «خفيفة» مثلاً البلاستيك الرغوي. يزن المتر المكعب من الفولاذ عدة آلاف من الكيلوغرامات، ويزن المتر المكعب من الرغوة عدة عشرات من الكيلوغرامات؛ هنا لديك كثافات مختلفة وجاذبية نوعية مختلفة.ومع ذلك، دعونا لا نكون كسالى ونفكر
هذا الموضوع
، من أجل وضع أساس معين لاستنتاجاتنا اللاحقة. أولاً، دعونا نسأل أنفسنا سؤالًا بسيطًا، وربما حتى "طفوليًا": لماذا تحتوي المواد المختلفة على كثافات مختلفة - وبعد ذلك، دعونا نحاول الإجابة على هذا السؤال بأنفسنا.حسنًا، أولاً، جميع المواد، كما نعلم، موجودة بالفعل
وثانياً، المادة نفسها في العديد من المواد (باستثناء السوائل والزجاج والمعادن وبعض المواد البلاستيكية) موجودة أيضاً على شكل جزيئات مختلفة مثل الألياف والحبوب والبلورات والرقائق والألواح والفقاعات وغيرها، والتي تقع بشكل متبادل في المادة مع وجود فجوات مختلفة. ويعتمد حجم هذه الفجوات وعددها بالطبع على شكل وحجم جزيئات المادة. إذا كان لجميع الجزيئات التي تتكون منها المادة شكل صحيح تمامًا، مما يسمح لها بالتناسب بإحكام مع بعضها البعض - دون أدنى فجوات (مثل الكتل الموجودة في الأهرامات المصرية)، فستكون جميع مواد البناء مجرد كتلة صلبة ، وتعتمد خصائصها بشكل أساسي على بنيتها الجزيئية.لكن الطبيعة تفضل كل أنواع الأشكال الغريبة وغير المستوية على الأشكال الزوجية. ربما تعتقد أنها بهذه الطريقة يمكنها تحقيق المزيد من التنوع. حسنًا، الطبيعة تعرف أفضل. ونتيجة لذلك، فإن جميع الجزيئات التي تشكل مواد البناء لديها أكثر أو أقل
شكل غير منتظم
وبسبب ذلك، بطبيعة الحال، تتشكل فجوات وفراغات صغيرة وليست صغيرة جدًا في الأماكن التي تتجاور فيها هذه الجزيئات مع بعضها البعض.
من الواضح تمامًا أن وجود الفراغات في كتلة المادة يؤثر على خواصها، وكلما زادت نسبة الحجم الذي تشغله الفراغات في المادة، كلما كان هذا التأثير أكثر أهمية.
ومن حيث الكثافة، يتم تحديد هذا التأثير بكل بساطة:
الفراغات - تمتلئ بالهواء (أو بعض الغازات من تركيبتها)، والتي يمكن اعتبارها لا تزن شيئًا تقريبًا؛ وهذا يعني أنه كلما زادت الفراغات في المادة، كلما كانت أخف وزنا، أي كلما انخفضت جاذبيتها النوعية أو كثافتها.
وبالتالي، على العكس من ذلك - فإن غياب أو الحد الأدنى من حجم الفراغات يعني ارتفاع الثقل النوعي، أي الكثافة.
بمعنى آخر وجدنا أن درجة كثافة المادة تعتمد على بنيتها الداخلية، وعلى نسبة كمية المواد الموجودة فيها والفراغ.
لكن الخصائص الأخرى للمادة، مثل القوة، والتوصيل الحراري، ونفاذية الهواء والبخار، ونفاذية الصوت أو انعكاس الصوت، بالتأكيد، وكذلك الكثافة، يجب أن تعتمد على البنية الداخلية للمادة.
إذن، ألا تخدمنا الكثافة (لأننا أوليناها الكثير من الاهتمام) كمفتاح للخصائص الأخرى؟ مواد البناء?
لذلك دعونا ننتقل بالترتيب:

قوة:

إذا كانت المادة ذات كثافة عالية، أي ذات جاذبية نوعية عالية، فهذا يعني أن جزيئات مادتها موجودة أكثروتقع بشكل أوثق في وحدة من حجمها، وبالتالي، لديهم المزيد من النقاطوالأسطح الملامسة لبعضها البعض؛ وهذا يعني أن الكتلة الإجمالية لديها أكثر اتصالات داخليةأي أنها أكثر التصاقًا داخل نفسها، وقوة هذه المادة أعلى من قوة المادة الأقل كثافة. خاتمة:
كثافة المواد الأعلى هي علامة على قوة أكبر؛ انخفاض كثافة المادة هو علامة على انخفاض القوة.
يمكن الافتراض أن قوة المادة لا تعتمد فقط على الكثافة. من المحتمل أن تكون هناك عوامل أخرى تؤثر على هذه الخاصية (على سبيل المثال، البنية الداخلية). ومع ذلك، فإن الكثافة، بالطبع، هي أحد العوامل المحددة في قوة المادة، على الأقل بالنسبة للمواد من نفس النوع.

الموصلية الحرارية ومقاومة انتقال الحرارة:

ربما لا يوجد شخص في العالم لم يحرق نفسه، مرة واحدة على الأقل في حياته، بجسم ساخن: غلاية، مكواة، مقلاة، مكواة لحام. وهذا ليس فقط نتيجة إهمالنا، بل هو دليل على أن الهواء عازل جيد للحرارة، أي أنه لا ينقل الحرارة من خلال نفسه تقريبًا. ولذلك، فإننا لا نستطيع أن نشعر بدرجة الحرارة الحقيقية لجسم ساخن حتى نلمسه، طالما أن هناك على الأقل فجوة هوائية صغيرة بيننا وبينه، والتي، بفضل خصائص العزل الحراري العالية للغاية للهواء، تعطي لنا الوهم بأن هذا الكائن ليس ساخنًا وساخنًا.
لذلك، الهواء هو عازل حراري فعال جدا. لكننا لن نبني قلاعاً في الهواء!
ولتحديد قدرة المواد الأخرى على توصيل الحرارة من خلال نفسها، سنستخدم "جهازًا" يسمى "كوبًا من الماء الساخن". مهما كانت المادة المصنوعة منها هذا الزجاج (زجاج، سيراميك، معدن أو بلاستيك)، عند ملامسة سطحه الجانبي، سنفهم على الفور أن هذه المادة ليست عازلة للحرارة على الإطلاق، لأننا سنشعر بدرجة حرارة تضاهي درجة حرارة الماء داخل الزجاج .
ما هو الفرق بين التوصيل الحراري للماء والهواء الذي يمكن الشعور به إذا كنت تحمل مقلاة ساخنة جيدًا بمقبض معدني، أولاً باستخدام قفاز فرن جاف، ثم باستخدام قفاز فرن مبلل.
وبالتالي، يمكننا القول، بتعريض أنفسنا للخطر، اكتشفنا أن الهواء لديه موصلية حرارية منخفضة للغاية، وجميع المواد الأخرى توصل الحرارة بشكل أفضل بكثير من الهواء.
يعد اكتشافنا هذا مهمًا جدًا لأنه يسمح لنا بتحديد مواد البناء ذات الخصائص المنخفضة وتلك التي تتمتع بخصائص أعلى للحماية من الحرارة (يمكن استخدامها كـ "مواد عازلة"). نظرًا لأن العازل الحراري الرئيسي هو الهواء، فنحن نحتاج فقط إلى تحديد المواد التي يتواجد فيها العازل الحراري بدرجة أقل، وفي أي منها بدرجة أكبر. كيف يمكننا تحديد هذا؟ هذا صحيح - حسب الكثافة! بعد كل شيء، كما اكتشفنا بالفعل، في مادة أقل كثافة هناك المزيد من الفراغ، والفراغ هو الهواء (أو بعض الغازات المكونة له). وهذا يعني أن المادة الأقل كثافة (بسبب وجود الهواء فيها بكميات أكبر) يجب أن توصل الحرارة بشكل أسوأ من المادة ذات الكثافة الأعلى.
لذا نستنتج:
تعد الكثافة الأعلى للمادة علامة على الموصلية الحرارية الأكبر، أو المقاومة الأقل لنقل الحرارة؛
انخفاض كثافة المادة هو علامة على انخفاض الموصلية الحرارية، أو مقاومة أكبر لنقل الحرارة.

وهذا يعني أن رغوة البوليسترين، باعتبارها واحدة من أخف المواد (أي الأقل كثافة)، هي واحدة من "المواد العازلة" الأكثر فعالية.

مواد مثل الطوب والجص والخرسانة والأحجار الطبيعية والخشب - بشكل عام، كل ما يتكون من بلورات أو جزيئات أو ألياف - قابلة للاختراق بدرجة أو بأخرى لجزيئات الهواء والماء، أي البخار. في هذه الحالة، تعتمد درجة النفاذية، كقاعدة عامة، على كثافة المادة. تمامًا كما يتسرب الماء على الفور من خلال الرمال السائبة المصبوبة حديثًا وبشكل أبطأ بكثير من خلال الرمال المضغوطة جيدًا سابقًا، فإن جزيئات الهواء والبخار تتسرب عبر المواد الأقل كثافة بسهولة وسرعة أكبر، ومن خلال المواد الأكثر كثافة - بشكل أبطأ. وبالتالي: كلما زادت كثافة المادة، زادت مقاومتها للبخار ونفاذ الهواء. الاستثناء هو بعض المواد الرغوية الاصطناعية، مثل رغوة البوليسترين، التي أغلقت المسام في كتلة بوليمر تكاد تكون غير منفذة للهواء والبخار، ونتيجة لذلك، مع كثافة منخفضة للغاية، فإنها مع ذلك تسمح بمرور الهواء والبخار من خلالهم بشكل سيء للغاية.

عزل الصوت ونفاذية الصوت:

معلمي المدارسيزعم الفيزيائيون جميعًا أن الصوت هو طاقة موجية. أي أنها اهتزازات موجية لأي وسيط بتردد يتوافق مع نطاق الصوت. حسنًا، إذا قال المعلمون ذلك، فهذا يعني أنه كذلك.
ليس هناك شك في ذلك. حسنًا، دعونا نكتشف كيف يحدث هذا.

وبالطبع، بما أننا ننظر إلى كل شيء من موقع كثافة المادة، فسننظر أيضًا إلى الصوت من نفس الموضع.

انتشار الموجات الصوتية في وسائل الإعلام المختلفة لاحظ أن الموجات الصوتية موجودة في الفضاء لسبب ما – بمفردها، ولكن في بيئة معينة. في أغلب الأحيان نتعامل مع الصوت الذي ينتقل عبرنابيئة الهواء . بالإضافة إلى الهواء، يمكن أن ينتشر الصوت في الوسائط الأخرى: في الماء، في الحجر، في المعدن، وما إلى ذلك، باستثناء الفراغ فقط. ولكن ماذا يعني هذا؟ إذا كان الصوت لا يمكن أن ينتشر في الفراغ، لكنه يستطيع الانتشار في بيئة مادية، فإن الفرق الرئيسي بين الفراغ والبيئة المادية هو الخاصية التي تحدد التوصيل الصوتي للمادة. وهذا هو الشيء الرئيسيهي الكثافة. وفي الفراغ تساوي الصفر، والوسط المادي بالضرورة له بعض الكثافة، حتى لو كان منخفضًا نسبيًا (مثل الهواء). في هذه الحالة، منطقيًا، يجب أن تكون هناك علاقة: كلما زادت كثافة المادة، كلما كانت المادة موصلة للصوت بشكل أفضل. أي أن الفراغ وسط كثافته صفر، وسرعة الصوت فيه صفر أيضًا؛ ومع زيادة كثافة الوسط، تزداد سرعة الصوت فيه أيضًا. وأعلى سرعة لانتشار الصوت يجب أن تكون في المواد الأكثر كثافة، مثل الفولاذ. بالمناسبة، من المعروف منذ فترة طويلة أنه يمكنك سماع صوت قطار يقترب في وقت أبكر بكثير إذا وضعت أذنك على سكة السكة الحديد.
في المنزل، يمكن اختبار قدرة الصوت على الانتشار في المواد الكثيفة من خلال إجراء التجربة التالية.
في جوف الليل، عندما يكون العالم كله نائمًا، ولا تزعجنا أي أصوات غريبة، فلنأخذ ساعة يد تدق، ولكن ليس بصوت عالٍ جدًا، ثم نأخذ مسطرة بطول 30 سم مصنوعة من الخشب الكثيف، أو البلاستيك، أو المعدن، وتطبيق أحد طرفي الأذن، وتطبيق نفس الساعة على الطرف الآخر؛ دعونا نستمع ونسمع دقات الساعة في المسطرة. أما بالأذن الأخرى - عبر الهواء - فلن نسمع شيئًا تقريبًا.
لذلك، اكتشفنا أنه في المواد الأكثر كثافة، ينتقل الصوت بشكل جيد وبسرعة، مثل الفولاذ والجرانيت، ولكن في المواد منخفضة الكثافة، مثل الهواء، ينتقل الصوت بشكل أسوأ. بشكل عام، هذا صحيح. "بشكل عام" لأن انتشار الصوت في أي وسط، بالإضافة إلى كثافته، يتأثر أيضًا بالبنية الداخلية للوسط نفسه. قد يكون هناك موادالهيكل الداخلي أكثر أو أقل "صعبة". وبطبيعة الحال، فإن هذه "الخدعة" تمثل عقبة معينة أمام الصوت، وأحيانا تكون كبيرة للغاية، كما هو الحال في المطاط على سبيل المثال..

الجزيئات المطاطية الكبيرة معقدة مكانيا، مما يعقد بشكل كبير عملية نقل طاقة الأمواج عبر وسطها. ونتيجة لذلك، فإن المطاط، على عكس المواد الأخرى، على الرغم من كثافته العالية إلى حد ما، لا يزال موصلًا سيئًا للغاية للصوت. لكن بشكل عام بالطبع

الكثافة هي خاصية تسهل انتشار الصوت في الوسائط انعكاس وامتصاص الصوتيخبرنا أن السقوط على القش أفضل بكثير من السقوط على أرض صلبة. وليس فقط لأنك تتسخ بشكل أقل، ولكن أيضًا لأنك تؤذي نفسك بشكل أقل. معاذ الله أن نسقط على أرضية حجرية صلبة، ولكن قد نسقط عمداً على كومة قش؛ كومة القش، مثل ممتص الصدمات، سوف تمتص الطاقة الحركيةجسمنا. "سوف يمتص" - لأنه لن ينقله إلى مكان آخر ويعيده إلينا، بل سيأخذه إلى نفسه.
تتكون الكومة من عدة ملايين من شفرات العشب وشفرات العشب والقش الموجودة فيها بشكل عشوائي. عندما نقع في كومة، كل هذه الشفرات تغير موقعها؛ في العملية التي يتم فيها القيام ببعض الأعمال للتغلب على قوى الاحتكاك بينهما، ينشأ داخلها نوع من الضغط - الضغط أو الشد أو الانحناء. ويتم هذا العمل على وجه التحديد بسبب الطاقة الحركية لجسمنا. أي أن هذه الطاقة تنفق على هذا العمل.
هذه هي الطريقة التي يتم بها امتصاص الطاقة.
في الحجر، توجد جميع الجزيئات التي يتكون منها بإحكام شديد، وأكثر التصاقًا ببعضها البعض أكثر من القش الموجود في كومة، ولن يزعجهم سقوطنا على الأرضية الحجرية على الإطلاق. لذلك، فإن الأرضية الحجرية ستعكس بشكل شبه كامل الطاقة الحركية التي يحاول جسمنا نقلها إليها وإعادتها إلينا على شكل كدمات (في أحسن الأحوال). إذا أخذت جسمًا مصنوعًا من مادة ذات كثافة أعلى من الحجر، على سبيل المثال قلب من الفولاذ أو الحديد الزهر، وأطلقته على جدار حجري، فهذا يعني أن الجدار ليس هو الذي "يؤذي" اللب، بل اللب. ، على العكس من ذلك، الجدار، ويمكن حتى تدميره.
ما علاقة الصوت به؟ ففي نهاية المطاف، الصوت ليس جسمًا أو نواة، بل موجة.
من الواضح أن تأثير الصوت على الأشياء والعوائق يعتمد على كثافة مادة هذه العوائق. تمامًا مثل أمواج البحر المذكورة أعلاه، ينعكس الصوت بشكل جيد جدًا من الحجر والحواجز الأخرى المصنوعة من مواد عالية الكثافة. والدليل على ذلك الصدى الطويل في الغرف الفسيحة الفارغة ذات الأسطح الحجرية كلها.
وفي الوقت نفسه، تمتص المواد منخفضة الكثافة، وخاصة المواد السائبة، الطاقة الصوتية جيدًا، تمامًا كما تمتص كومة القش طاقة الأجسام المتساقطة عليها. لذا، في غرفة تكون جميع أسطحها مغطاة بالستائر ومغطاة بالسجاد، يختفي الصدى تمامًا، نظرًا لأن الصوت من الأسطح يتوقف تمامًا عن الانعكاس.

يجب ملاحظة ملاحظة مهمة هنا: الكثافة بالطبع جيدة، لكن الأشياء والعوائق المكونة من مواد عالية الكثافة يمكن أن تكون صغيرة وخفيفة، مثل حبيبات الرمل والحصى التي تدحرجها الأمواج، أو المعدن الميكروفون الغشائي، والذي بفضل سمكه الصغير للغاية، حساس جدًا للصوت ويهتز حتى من الموجات الصوتية الضعيفة جدًا. وهذا يعني أنه ينبغي أن يكون مفهوما بوضوح أن العامل الحاسم في نهاية المطاف لانعكاس الموجة الصوتية هو كتلة العائق، والتي، بالطبع، تعتمد بشكل مباشر على كثافة مادة العائق.

الحدود بين البيئات هذا الصوت يسافر فيبيئات مختلفة
إن وجود كثافات مختلفة يقودنا إلى الاعتقاد بأننا في الواقع بحاجة إلى النظر في انعكاس الصوت (أكثر أو أقل) ليس فقط من بعض المواد، ولكن من حدود الوسائط ذات الكثافات المختلفة. وكما اتضح لنا من الأمثلة المدروسة، كلما زاد الفرق في الكثافة، زادت درجة الانعكاس، والعكس صحيح - كلما قل الفرق في الوسائط، قلت درجة انعكاس الصوت عند تجاوز الحد بين هذه الوسائط. علاوة على ذلك، ينعكس الصوت بالتساوي تقريبًا من حدود الوسائط، سواء من جانب الوسط الأكثر كثافة أو من جانب الوسط الأقل كثافة. الحدود هي حدود، بغض النظر عن الجانب الذي تعبرها منه... وفي هذا الصدد، مثال توضيحي للغاية هو الحدود بينالبيئة المائية ومتجدد الهواء.في الماء، باعتباره وسيلة أكثر كثافة من الهواء، ينتقل الصوت بشكل أسرع من الهواء، وتستفيد الحيوانات المائية والأسماك من هذا بشكل فعال، وتتواصل مع بعضها البعض من خلال الإشارات الصوتية.
يمكن استخلاص استنتاج مهم آخر مما نفهمه: نظرًا للاختلاف الكبير للغاية في كثافات الحجر والهواء، فإن الهياكل المصنوعة من الحجر والخرسانة وغيرها من المواد عالية الكثافة قادرة على عكس الموجات الصوتية التي تنتقل في الهواء بشكل فعال، وبالتالي توفير العزل عن "الهواء" الصوت. ومع ذلك، في في هذه الحالة، عندما يأتي الصوت عبر وسط مختلف، بكثافة أعلى، على سبيل المثال المعدن، لن يكون هناك انعكاس فعال، وبالتالي لن يكون هناك عزل للصوت أيضًا. ويمكن توضيح ذلك من خلال صوت المثقاب الكهربائي الذي يخترق جدارًا خرسانيًا سميكًا.

رغوة وعزل الصوت

يبدو أن كل شيء واضح - البلاستيك الرغوي خفيف، مما يعني أنه يعكس الصوت بشكل سيء ويوصله بشكل سيء، لكنه يمتصه جيدا.
نقوم بإدخاله في القسم، وسيعلق الصوت فيه - وهذا عازل للصوت بالنسبة لك! لكن ما زال هناك شيء يحيرني.. رغوة البوليسترين تشبه إلى حد كبير القش. الصوف المعدني عبارة عن ألياف ليفية، ومن الواضح أنه يمتص الصوت بنفس الطريقة التي يمتص بها كومة القش. وتتكون رغوة البوليسترين من فقاعات... نحن بحاجة للتعامل معه بشكل منفصل.
لنأخذ الكرة ونضعها على عشب ملعب كرة القدم ونركض ونركلها. الكرة يمكن أن تطير بعيدا جدا. ثم، لنأخذ وسادة مماثلة في الوزن لنفس الكرة، ونفعل الشيء نفسه معها. الوسادة لن تطير بقدر الكرة. بشكل عام، لا يوجد شيء مفاجئ - ففي نهاية المطاف، يتم لعب كرة القدم بالكرات وليس بالوسائد. علاوة على ذلك، نحن نفهم بالفعل كيف تمتص الوسادة المحشوة بمادة ليفية الطاقة. والكرة - وهي مرنة - لا تتشوه ولا تمتص الطاقة بل تطير نحو نفسها وتنفقها على التغلب على مقاومة الغلاف الجوي.
ومن المثير للاهتمام أن الكرة، رغم أنها مملوءة بالهواء، تتصرف بنفس الطريقة التي تعمل بها كرة البلياردو البلاستيكية الصلبة. أي أن الكرة المصنوعة من الهواء أو المصنوعة من البلاستيك الصلب هي في الأساس نفس الشيء - عندما تتلقى الطاقة، فإنها لا تمتصها، ولكنها تنقلها إلى أبعد من ذلك. والفقاعات (المسام المغلقة) التي تتكون منها الرغوة هي أيضًا نفس الكرات، ولكنها صغيرة فقط، ولن تمتص الطاقة الصوتية أيضًا، بل تنقلها إلى أبعد من ذلك.
وهكذا يتبين أن البلاستيك الرغوي بحد ذاته سيء ​​للغاية بالنسبة لعزل الصوت. ولكن ذلك نتيجة أنها تتكون من مسامات مغلقة (فقاعات)، في حين أن وجود المسام المفتوحة في المادة - أي تلك التي تتواصل مع بعضها البعض ومع البيئة الخارجية- يمكن أن يزيد من قدرته على امتصاص الصوت.
ويمكن أيضًا افتراض أن هناك بعض الفوائد من استخدام البلاستيك الرغوي في الهياكل متعددة الطبقات، حيث يتم تقليل الطاقة الصوتية عند عبور الحدود بشكل متكرر بين الوسائط ذات الكثافات المختلفة. ومع ذلك، في هذه الحالة النقطة ليست في الرغوة، ولكن في التصميم.
ها أنت ذا! تمكنا من الكشف عن رغوة البوليسترين، والتي يقدمها لنا بعض بائعي مواد البناء كمواد ذات خصائص عازلة للصوت عالية. نحن نعلم الآن أنه ليس كذلك، على الرغم من أنه فعال للغاية كمادة عازلة للحرارة.

وباستخدام أفكارنا اليومية عن الحياة وترتيب الأشياء، تمكنا من فهم بعض خصائص مواد البناء. الشيء الوحيد هو أننا تمكنا من فهم الجوهر فقط، أي على المستوى النوعي. بالطبع، لكي نفهم هذا بمزيد من التفصيل وعلى المستوى الكمي ("كم بالجرام")، لا يمكننا الاستغناء عن المتخصصين الذين يتقنون ذلك بدقة أدوات القياسوالحسابات والصيغ.
لكن ما تمكنا من القيام به بأنفسنا له قيمة أيضًا، والآن لن يضللنا أحد.
دعونا نستمر في عدم الخوف من التفكير بأنفسنا.