الموجات الصوتيهSound Waves

الموجات الصوتيهSound Waves

لفصل 33ا

.مستوى الصوت. سرعة موجات الصوت

يه لموجات الصوت ا . ظاهرة دوبلر. شدة

الموجات الصوتيهSound Wave

تعتبر الموجات الصوتيه أحد أكثر أمثلة الموجات الطوليه شيوعا.

مجموعات3تقسم الموجات الصوتيه حسب تردداتها الى :

.هي الموجات التي تقع في نطاق حساسية األذن البشريه: موجات مسموعه-1

هي الموجات التي لها ترددات أدنى من ترددات الموجات : موجات تحت الصوتيه-2

(األفيال: مثال) المسموعه

هي الموجات التي لها ترددات أعلى من ترددات الموجات : موجات فوق الصوتيه-3

(.الكالب، التصوير الطبي: مثال)المسموعه

سطالوخواصعلىتعتمدبسرعهالماديهاألوساطخاللالصوتيهالموجاتتنتقل

.المادي

معاملبالتاليولالنضغاطالمادهقابليةمنكلعلىالصوتيهالموجاتسرعةتعتمد

وسائلأوغازيالماديالوسطكاناذا.(ρ)الوسطكثافةعلىو،(B)الحجميالمرونه

الماديالوسطفيالصوتيهالموجاتسرعةفإن،(ρ)كثافهو(B)حجميمرونهمعاملله

:

ν = B ρ

الوسطحرارةدرجةعلىأيضا الصوتيهالموجاتسرعةتعتمد.

Sound Wavesالموجات الصوتيه

مثال

0حرارةدرجةعندالماءفيالصوتسرعةجدي ⁰C،معN/𝑚22.1للماءالحجميالمرونهمعاملأنالعلم × و109103كثافته kg/𝑚31.00 ×.

الحل

ν𝑤𝑎𝑡𝑒𝑟 = B ρ = 2.1 ×109N/𝑚2

1.00 ×103kg/𝑚3= 1.4× 103m/s

قالها في بشكل عام تنتقل الموجات الصوتيه في السوائل بشكل أبطأ من انت. الجوامد، و ذلك ألن السوائل أكثر قابليه للضغط من الجوامد

أقل من سرعته ⁰C 0سرعة الصوت في الماء عند درجة حراره : مالحظه. ⁰C 25عند درجة حراره

Intensity of Periodic Soundشدة الموجات الصوتية الدوريةWave

المساحاتلوحدةpower𝒫القدرهبأنها(I)الصوتيةالموجاتشدةتعرف

A،موجةالبواسطةالطاقهعندهتنتقلالذيالمعدلبأنهاتعريفهايمكنكما

(انتقال)انتشاراتجاهعلىالعموديهوAالمساحاتوحدةخاللالماره

.الموجه

I =𝒫

𝐴

مثال

powerمصدر صوت نقطي يصدر موجات صوتيه بمعدل قدره.W 80.0مقداره

على بعد intensity of soundما هو مقدار شدة الصوت ( 1)3.00 m من المصدر؟

8−10ما هي المسافه التي تكون عندها شدة الصوت تساوي( 2)

W/𝑚21.00 ×؟

الحل

𝐴كروية ومساحة الكرة يطلق المصدر النقطي الطاقه على شكل موجات ( 1) = 4𝜋𝑟2

.هذه الشده قريبه من عتبة األلم

(r)باستخدام القيمه السابقه لشدة الصوت، و بالحل بالنسبه لنصف القطر( 2)

. miles 16و هذه القيمه تعادل تقريبا

Sound Level in Decibelsمستوى الصوت بالديسيبل : من خالل المعادلة التاليهمستوى الصوت بالديسيبل يمكن تعريف

β = 10 log ( 𝐼

𝐼0)

: حيث أن

𝐼0)هو الشدة المرجعية التي تؤخذ عند بداية السمع ( 𝐼0)الثابت = 1.00 × 10−12W/𝑚2 .)

(𝐼 )بالوات هي الشدة(Watt) لكل متر مربع عند مستوىβ و وحدتها،W/𝑚2 .

(.dB) بالديسيبل ( β)يقاس مستوى الصوت

:مالحظه

.يتم استخدام مقياس لوغاريتمي بسبب اتساع مدى شدة األصوات التي يمكن أن تميزها األذن البشريه

ظاهرة دوبلر

لذي تسمعه تردد الصوت ا. ربما الحظت أن صوت بوق السياره يتغير عندما تتحرك السياره بعيدا عنكهو احد امثلة هذا المثال. عندما تقترب منك السياره أعلى من الذي تسمعه عندما تتحرك السياره بعيدا عنك

.تأثير دوبلر

يث موج نفسر سبب التغير في الترددات الظاهره، تخيلي انك في قارب يرسو في بحر هادئ، حلكي .81انظري الكتاب صفحه (. T=3.0s) ثوان 3البحر له زمن دوري مقداره

هو تغير ظاهري للتردد لالمواج عندما ترصد من قبل راصد متحرك بالنسبة للمصدر الموجي: تأثير دوبلر

ظاهرة دوبلرعندماt=0علىساعتكضبطتاذا.اليسارنحوتتحركالتيالماءبموجاتالوضعهذا(a)الشكليوضحالتاليه،بالقمهاالصطدامعند(3.0s)تسجلسوفالساعهبالمركب،فإنالموجاتقمماحدىتصطدم

(6.0s)هوهالموجترددأنتستنتجيأنيمكنكالمالحظاتهذهمن.هكذاوالثالثهبالقمهاالصطدامعندf=1/T = (1/3.0)Hz.يفمبينهوكماالقادمهالموجاتنحوالتحركفيبدأالقاربانافترضياآلن

يتحركالقاربألن.بالقاربالموجهقمةاصطدامعندt=0علىساعتكاضبطيثانيهمره.(b)الشكلانأخرى،هبعبار.األولاالصطداممنثوانيثالثمنأقلبعدبالقاربستصطدمفانهاالتاليه،الموجهنحو

3.0منأقلالمرصودهالفتره sأنحيثو.القاربتحركعدمحالةفيرصدتالتيوf=1/Tترددفان.القاربثباتحالفيالمرصودالترددمنأعلىالمرصودالموجه

ظاهرة دوبلرعكسرصدسيتم،(c)شكلالموجاتحركةاتجاهنفسفيحركتهتصبحبحيثالقارباستدارةحالةفي

بعيدا يتحركالقاربألن.القارببمؤخرةالموجهقمةتصطدمعندماt=0عندساعتكاضبطي.الظاهره3.0منأطولوقتا الساعهتسجلفسوفالتاليه،القمهعن sبذلكوالقارب،التاليهالقمهتدركحتى

.القاربثباتحالفيالمرصودالترددمناقلالمرصودالترددسيكون

والموجاتانتشاراتجاهعلىالمعتمدهوالموجات،والقارببينالنسبيهالسرعهبسببالظواهرهذهتنشأسرعةمنأعلىالنسبيهالسرعهتكون(b)شكلاليميننحوالقاربحركةتكونفعندماالقارب،سرعةتكون،اليسارنحوحركتهتكونوالقارباستدارةعندو.المرصودالترددزيادةالىيؤديذلكوالموجه.أقلالماءلموجاتالمرصودالتردديكونبالتاليوأقل،النسبيهالسرعه

الصوت متحركومصدر ثابت الراصد -أ 𝑣𝑂 = 0

:الراصد يعطي التردد على الصورةمصدر الصوت يتحرك نحو -1

:الراصد يعطى التردد على الصورةمصدر الصوت يتحرك بعيداً عن -2

سرعة الصوت في الوسطνسرعة المصدر، 𝝂𝒔هي سرعة الراصد، 𝝂𝑶حيث

𝒇 = 𝒇

متحركمصدر الصوت ثابت والراصد -ب 𝑣𝑆 = 0

:الصوت يعطى التردد على الصورةيتحرك الراصد نحو مصدر -1

:الصوت يعطى التردد على الصورةيتحرك الراصد بعيداً عن مصدر -2

سرعة الصوت في الوسطνسرعة المصدر، 𝝂𝒔هي سرعة الراصد، 𝝂𝑶حيث

. د اعلى من حقيقتهااذا كان مستقبل الموجات فى حالة حركة نسبية باتجاه مصدرها فانه يشعر بان لها ترد: تلخيص امر هذه الظاهرة فى الخالصة التاليةيمكننا ,, واخيرا

مستقبلها وكأنها ذات ة لوالعكس صحيح فاذا كان مستقبل الموجات يتحرك مبتعدا عن الموجات او مصدر الموجات يتحرك مبتعدا عن المستقبل فتبدو هذه الموجات بالنسب

.تردد اقل

Fig 14.8, p. 435

Slide 12

Fig 14.9, p. 436

Slide 13

اصد ام اآلخر، سواء كانت الحركه للر(نحو)باتجاه حال أن تكون حركة احدهم في الموجبه لكل من القيمه تستخدم .عن اآلخربعيدا اذا كانت حركة أحدهم القيمه سالبه لمصدر الصوت، و تكون

.الترددات المرصودةبنقصان مرتبطه بعيدا في قيمة الترددات المرصودة، بينما كلمة بزيادهمرتبطه نحوكلمة

:الصورة العامة للمعادالت

𝒗𝑶, 𝒗𝑺

مثال

سرعة الصوت . Hz 1400، تصدر موجات سونار بتردد مقداره m/s 8.00تتحرك في الماء بسرعه مقدارها ( A)غواصه تتحرك بسرعه ( B)الغواصه الثانيه . تتحرك بحيث تتجه الغواصتان نحو بعضهما( B)غواصه أخرى . m/s 1533في الماء . m/s 9.00مقدارها

في حال اتجاه الغواصتان نحو بعضهما؟( B)ما مقدار التردد الذي يرصده شخص على متن الغواصه -1

في حال ابتعاد ( B)ما مقدار التردد الذي يرصده شخص على متن الغواصه . تجاوزت الغواصتان بعضهما و اكمال المسير-2الغواصتان عن بعضهما؟

الحل

غواصتان من بعضهما في حال اقتراب ال. تستخدم المعادله في الحاله العامه اليجاد مقدار التغير في التردد تبعا لتأثير دوبلر-1: يستمع الى التردد التالي( B)فان الراصد في الغواصه

:يستمع الى التردد( B)في حالة ابتعاد الغواصتين عن بعضهما، فان الراصد في الغواصه -2

مبدأ تراكب الموجات و الموجات الموقوفهSuperposition and Standing Waves

34الفصل

تداخل و تراكب الموجات

الموجات الموقوفه

Superposition Principleتراكب الموجات

لناتجه ينص مبدأ تراكب الموجات انه عندما تتحرك موجتان أو أكثر في نفس الوسط، فإن سعة الموجه اط و بعباره أخرى، تكون ازاحة الوس. عند أي نقطه تساوي المجموع الجبري لسعة الموجات المنفرده

متسببه عند أي نقطة مساوية للمجموع الجبري لكل االزاحات ال( بمعنى الموجه الناتجه) النهائيه الناتجه .بواسطة الموجات المنفرده

أنبدونبعضهماخاللموجتانتعبرأنيمكن:سبقماعلىبناء

.الموجاتتداخلذلكيدعىو.تغييرأوتالشيلهمايحدث

Interference of Wavesتداخل الموجات

ديده ان اندماج مجموعه من الموجات المنفرده و المتواجده في نفس الوسط و الذي يؤدي الى تكوين موجه ج.تداخليدعى

في نفس اللحظه و كانتا نفس السعه و التردد اذا تواجدت موجتان لهما

الموجات المنفرده،نفس تردد تعبران نفس الوسط، فإن الموجه الناتجه لها

الموجتان . الموجات المنفردهضعف سعة و لكن سيكون لها سعه تساوي

.تداخل بناءو يعتبر تداخلهم نفس الطور اللتان تتداخالن بهذا الشكل يكون لهما

تداخل الموجات، فإن احداهما ستلغي األخرى، و تكون (مقلوب األخرى) اذا كانت احدى الموجات معاكسه لألخرى

تداخل و يكون تداخلهما 180⁰في هذه الحاله تكون الموجتان بفارق طور قدره . انعدام الحركهالمحصله .هدام

الموجات الموقوفه Standing Waves

تحركان في تموجتين متماثلتين هي نمط من الذبذبات ذات شكل ثابت تنشأ من تراكب الموجات الموقوفه .اتجاهات متعاكسه في نفس الوسط

يخضع اندماج الموجتان. المنعكسة، بينما األخرى تدعى بالموجه الساقطةاحدى الموجات تدعى بالموجة.لمبدأ تراكب الموجات

.للموجات الموقوفهتعتبر الموجات الناشئه في األوتار و األنابيب من األمثله الشائعه

مكونات الموجة الموقوفةالطرف يمكن الحصول على موجات موقوفه بواسطة وتر مشدود بحيث يتم تثبيت أحد طرفي الوترو وصل

. اآلخر بجسم متذبذب

.وفقا لمبدأ تراكب الموجاتالمنعكسةو الساقطةتندمج الموجات

عندما ترتحل موجتان لهما نفس مقدار االزاحه والعقدةتنشأ

محصلة االزاحه تساويمختلفه، و بذلك تكون لكن باشارات

. في تلك النقطةصفر

. بأقصى قيمة لسعة الموجةعندما يتذبذب الوتر البطنتنشأ node

antinodeIncident wave →

← Reflected wave

الموجات الموقوفة

: المسافه بين عقدتين متتاليتين أو بطنين متتاليين هي نصف الطول الموجي للموجه

.سعات مختلفه، لكن لها بنفس الترددجميع النقاط على الوتر تتذبذب مع بعضها رأسيا