چشمه فیزیک امواج شنیده شدنی

فیزیک امواج شنیده شدنی در تارهای مرتعش (بلندگو ، طبل) ایجاد می‌شوند. همه این عناصر مرتعش به تناوب هوای پیرامون خود را در حرکت به طرف جلو ، فشرده و در حرکت به طرف عقب ، رقیق می‌کنند. هوا این آشفتگیها را بصورت موج از چشمه به خارج انتقال می‌دهد. این فیزیک امواج به هنگام وارد شدن در گوش ، احساس صوت را بوجود می‌آورند. موجهایی که تقریبا متناوب هستند و یا تعداد کمی از مؤلفه‌های تقریبی متناوب را شامل می‌شوند، احساس خوشایندی بوجود می‌آورند (اگر شدت خیلی زیاد نباشد) اصوات موسیقی از این جمله‌اند . صوتی که شکل موج آن متناوب نباشد ، بصورت نوفه شنیده می شود. نوفه را می‌توان برهمنهشی از امواج متناوب دانست که در آن تعداد مؤلفه‌ها خیلی زیاد است.

یک آزمایش ساده

دو سر یک سیم فولادی به طول یک متر و به قطر یک میلیمتر را که کشیده شده و بوسیله دو قطعه سنگ یا آهن محکم شده است ، در نظر می‌گیریم. حال اگر وسط سیم را به کناری کشیده و رها کنیم صدایی شنیده نمی‌شود، در صورتی که ارتعاش آن کاملا به چشم دیده می‌شود. ولی اگر یک طرف سیم را به کنار یک لنگه در تخته‌ای متصل کنیم و آزمایش را دوباره انجام دهیم، صدای آن کاملا شنیده می‌شود، با وجود آنکه ارتعاش آن مشهود نیست. علت این امر آن است که در دفعه اول هوای مجاور سیم بجای اینکه تراکم و انبساط پیدا کند، روی سیم لغزیده است و در مرتبه دوم هوای مجاور لنگه در ، مجال لغزیدن و رسیدن به کنار آن را قبل از تجدید ارتعاش نداشته است

امواج صوتی در جامدات و مایعات

همانطور که درون هوا ارتعاشات طولی توام با تراکم و انبساط منتشر می‌شود، به همان طریق نیز ارتعاشات طولی توأم با تراکم و انبساط در داخل مایعات و جامدات انتشار پیدا می‌کنند. اگر میله فلزی را برای لحظه کوتاهی در امتداد خودش کشیده و رها کنیم ، تراکم و انبساط در طول میله انتشار پیدا خواهد کرد و همین طور اگر نقطه‌ای از جسم جامد را مرتعش سازیم (به عنوان مثال با چکش به گوشه یک قطعه سنگ یا فلز بزنیم) تراکم و انبساط به شکل سطوح کروی در تمام جسم مرتعش منتشر می‌شوند.

مخصوصا نباید چنان کرد که انتشار تراکم و انبساط درون اجسام مختص به ارتعاشات شنیدنی است، بلکه هر نوع ارتعاش با هر فرکانس ممکن است در آنها انتشار یابد. تنها فرقی که جامدات و مایعات در انتقال صوت با هوا و گاز دارند در زیاد بودن سرعت انتشار صوت در آنهاست.

مشاهدات تجربی

• چیزی که در موقع انتشار صوت در هوا انتقال می‌یابد، هوا نیست. به دلیل اینکه صدای هواپیما از ابر و دود غلیظ عبور کرده و به ما می‌رسد. بدون آنکه ابر را پراکنده ساخته و با خود به طرف ما بیاورد.
  
  
• هوا در حین انتشار صوت جلو و عقب می‌رود. یعنی مرتعش می‌شود. برای مشاهده این امر کافی است یک قطعهفیلم عکاسی را بین دو انگشت گرفته و در مقابل آن با آواز بلند بخوانیم، در اینصورت حرکت رفت و آمد تند فیلم را به خوبی در محل اتصال انگشتان خود با فیلم حس می‌نماییم.
  
  
• عبور فیزیک امواج صوتی در هوا با کم و زیاد شدن فشار (انبساط و تراکم) همراه می‌باشد. در جدار لوله صوتی سوراخی درست کرده و سپس ورقه نازک کاغذی روی آن می‌چسبانیم و از خارج به این کاغذ پاندول سبک ساده از چوب آقطی آویزان نموده و لوله را بطور افقی نگاه به بالا و پایین رفتن می‌کند. اگر تنها هوا حرکت می‌کرد و اختلاف فشار در آن وجود نداشت پاندول رفت و آمد نمی‌کرد زیرا حرکت ارتعاشی هوای درون لوله موازی با سطح کاغذ بوده و ممکن نبود که تولید حرکت متناوب در ورقه کاغذ بنماید.
  
  
• در نتیجه وجود همین انبساط و تراکم ، در فیزیک امواج صوتی ، اختلاف چگالی متناوب پیدا می شود. زیرا اگر تغییر فشار را در فیزیک امواج صوتی قبول کنیم لازم است که تغییر چگالی در آنها رانیز قبول کنیم. به کمک چندین پاندول که در طول لوله صوتی افقی بطریق فوق آویزان کرده‌ایم می‌توانیم ثابت کنیم که هنگام ایجاد صوت در لوله ، پاندولی که نزدیکتر به دهانه لوله است زودتر از پاندولهای دیگر به ارتعاش در می‌آید.
  
  پس وقتی قسمتی از هوای درون لوله در داخل آن به سمت انتهای آن حرکت کرده و قسمت دیگری از هوای درون لوله ساکن است، ناچار چگالی قسمتی که بین این دو قسمت متحرک و ساکن قرار دارد ، تغییر کرده است. موضوع وجود اختلاف چگالی در هوای مرتعش عملا به تحقیق رسیده است و از تغییر چگالی هوا در موقع ارتعاش که باعث تغییر ضریب شکست می‌شود، استفاده کرد. و فیزیک امواج صوتی را به کمک جرقه الکتریکی عکسبرداری نموده‌اند.

• مشخصات فیزیکی

  جابجایی یا ارتعاش مولکولهای هوا در تمام جهات صورت می‌گیرد و بسته به مقدار انرژی موجود ، هر لایه از مولکولها مسافتی را طی می‌کنند. به سخن دیگر هر چه انری بیشتر باشد مسافتی را که موج می‌پیماید بیشتر است. طول مسافتی را که هر طبقه از مولکولهای هوا طی نموده و دوباره به جای اولیه خود بر می‌گردد دامنه نوسان نامند. هر چه آن مسافت زیادتر باشد صدا بلندتر است. بلندی صدا را با زیر و بمی آن نباید اشتباه کرد، زیرا بلندی صدا مربوط به تعداد ارتعاش در ثانیه است.
  
  بنابراین صدای ممکن است بم ولی بلند باشد. بالعکس صدای دیگری ممکن است زیر ولی کوتاه باشد. اگر امواج صوتی در مسیر حرکت خود به جسمی از قبیل پرده گوش برخورد کنند و آن را به همان اندازه مرتعش سازند، ارتعاش پرده گوش بوسیله اندامهای گوش داخلی به مراکز اعصاب شنوایی منتقل گشته و در نتیجه صدا شنیده می‌شود و عکس العمل لازم صادر می‌شود.