الموجات الصوتية
تعريف الصوت
- يعتبر الصوت : موجة مكوّنة من مجموعة من الاهتزازات في الهواء، فعندما يصدر صوت ما تهتز جُزيئات الهواء التي تُرسل بدورها سلسلة من ردود الفعل عبر الهواء حتى تصل إلى طبلة الأُذن، وعندما تلتقط الأُذن الصوت يتم إرسال الإشارات إلى الدماغ حتى يتمكن الإنسان من تفسير ما يسمعه.
تعريف الموجه
تعريف الموجة : تعرّف الموجة في الفيزياء بأنّها إضطراب ينتقل عبر وسط معين مثل الهواء أو الماء وهو أيضًا عبارة عن انتقال الطاقة من مكان إلى أخر، كما تحمل الموجات الصوتية كما يوحي اسمها شكلًا من أشكال الطاقة التي تتعرف عليها المعدات الحسية البيولوجية كضوضاء سواء كان ذلك صوتًا لطيفًا للموسيقى أو صوت عال وصاخب كصوت لآلة حفر الصخور.
تعريف الامواج الصوتية
- تُعرف الامواج الصوتية : على أنّها مجموعةٌ من الذبذباتِ الخاصة التي تُميز الأذن بواسطتها الأصوات وتتعرف عليها.
- وهي أيضًا عبارة عن حركةِ الطاقة التي تنتقلُ عبرَ الوسيط الناتجةِ عن اضطرابِ بعض المواد كالماءِ والهواءِ أو أي مادةٍ سائلةٍ أو غازيةٍ والأمواج الخاصة بالأوساط السائلة والغازية تُسمى الموجات الضغطية أو الطويلة .
أما الموجات المستعرضة توجد بالأوساط الصلبة كما لدينا من المواد التي تَصدر منها الأصوات الكائناتُ الحية كالحبالِ الصوتيةِ لشخصٍ أو أي شيءٍ يسببُ الاهتزاز كالهاتف، وهذه الأصوات تُمكن الكائنات الحية من التواصل مع بعضها البعض كما يمكن رؤية حركة الصوت كالموجاتِ في الهواء.
- فالموجات الصوتية عبارة عن اهتزازات في الهواء، وفي حالة عدم وجود هواء يعني عدم وجود اهتزازات وبالتالي عدم وجود موجات صوتية.
شروط الموجات الصوتية
- أن يكون لها وسط
يجب أن يكون للموجات الصوتية وسط تستطيع أنّ تنتقل من خلاله فبعضها يكون ملائم أكثر من غيره، حيث يمكن أنّ تنتقل الموجات الصوتية عبر أيّ مادة ولكنها لا تنتقل في الفراغ ولهذا السبب لا يمكن سماع أيّ صوت في الفضاء الخارجي، وتبلغ سرعة الصوت في الهواء حوالي 330 م/ ث .
- أن يكون لها مصدر
كما يجب أن يكون لتلك الموجات الصوتية مصدر مثل النقر على أوتار الجيتار أو تصفيق اليدين معًا، إذ تنقل الطاقة من خلال التفاعل المباشر بين جسم وأخر مما يعني أنّها نوع من الموجة الميكانيكية.
خصائص الموجات الصوتية
وهناك خصائص كثيرة للموجات الصوتية ومنها :
الحركة الاهتزازية
وهي عبارة عن تأثير الصوت في جزيئات الوسط الّذي تنتشر فيه وبالتالي اضطرابها واهتزازها. تواتر الاهتزاز
سرعة الصوت
، تتفاوت سرعة الصوت وفقاً للوسط الّذي تنتشر فيه موجاته الصوتية، كما تؤثر درجات الحرارة على ذلك، وتكون سرعة الصوت في الوسط الصلب أعلى من سرعته في الوسط السائل وفي الوسط الغازي.
شدة الصوت
وهي تلك الكميّة الّتي تُنتج من الطاقة الصوتية عند تأثير الموجات الصوتية في سنتميتر مربع واحد داخل الوسط خلال عبور هذه الموجة الصوتية به، وفيزيائيّاً تعّد وحدة الديسبل هي المستخدمة لقياس كمية الطاقة الموجية للصوت .
- إذ يعتمد اهتزاز الموجة على التردد، وبشكل عام تؤدي زيادة قيمة التردد إلى حدوث زيادة كبيرة في حدة الصوت،
- كما تقل القدرة على التميز بين صوتين لهما قيمتين متقاربتين من التردد في الجزئين العلوي والسفلي من نطاق الترددات المسموعة، ويكون الصوت ذا حدة أقل عندما يتحرك مصدر الصوت بعيدًا، وتعرف هذه الظاهرة باسم تأثير دوبلر وترجع إلى الطبيعة الموجية للصوت .
ضغط الصوت
يعرف ضغط الصوت بأنّه مقدار الفرق النّاتج بين الضغط للموجة الصوتية ومتوسط الضغط الموضعي، ويستخرج منه متوسط مربع هذا الفرق ويحسب الجذر التربيعي منه. تصنيفات الموجات الصوتيّة
أنواع الموجات الصوتية
- تنقسم الموجات الصوتية إلى : سمعية ــ فوق السمعية ــ دون السمعية
الموجات السمعية : يتراوح ترددها بين 20 هيرتز إلى 20 كيلوا هيرتز
الموجات فوق السمعية : ترددها أكبر من 20 كيلوا هيرتز
الموجات دون السمعية : يقل ترددها عن 20 هيرتز
بنك المعرفة ( دار نهضة مصر )
- لا يمكن تعريف الصوت بأنّه فقط الصوت الذي تسمعه الأذن؛ حيث يوجد أصوات لا يمكن أن تسمعها الأذن البشرية مثل صفارات الكلاب و أجهزة السونار.
- إذ يوجد نوعان من الموجات الصوتية والتي تختلف عن بعضها بالطريقة التي يتم بها انتشار الموجة وهما الموجات المستعرضة والموجات الطولية .
- حيث تتمثل الموجات المستعرضة في الموجة التي تتولد في حبل ممتد عندما يتم تلويح أحد أطراف الحبل ذهابًا وإيابًا، ويتم إنشاء مجموعة مهمة من الموجات المستعرضة من المصادر الكهرومغناطيسية مثل الضوء أو الراديو، إذ تتأرجح المجالات الكهربائية والمغناطيسية المُكوِنة للموجة بحيث تتأرجح عموديًا باتجاه انتشار الموجة .
استخدامات الموجات الصوتية
في الاتصالات
بدون الموجات الصوتية، لم يكن باستطاعة البشر التواصل لفظيًا فيما بينهم، حيث تقوم الحبال الصوتية بتوليد موجات صوتية تنتقل بعد ذلك عبر الهواء إلى آذان المستمعين، وقد تم استخدام ذلك في تقنيات الاتصال الحديثة، مثل أجهزة الراديو والتلفزيون، فالموجات الصوتية واستخداماتها تدخل الآن في كل مجالات الحياة.
في استكشاف المحيطات
تدخل الموجات الصوتية واستخداماتها بصفة أساسية في أجهزة السونار، فالعلماء عندما يستكشفون المحيطات، يبعثون من خلال أجهزة السونار موجات صوتية، والتي تعود بعد ذلك إلى المصدر عندما تصطدم بجسم ما، ويمكن للعلماء استخدام ذلك الصدى لتحديد حجم ومسافة الشئ الذي ارتدت عنه موجات الصوت مرة أخرى، وتستخدم سفن البحرية أيضًا تقنية السونار للبحث عن غواصات العدو.
في الموارد الجوفية
يستخدم الجيولوجيون الموجات الصوتية للبحث عن موارد مثل النفط تحت الأرض، حيث ترتد الموجات الصوتية في الأرض، ويقيس العلماء الطريقة التي تنتقل بها تلك الموجات عبر الأرض، ويمكن للجيولوجيين استنباط كثافة الأرض وتركيبها، فالموجات الصوتية واستخداماتها تلعب الدور الأهم في دراسة مظاهر مختلفة كالزلازل التي تخرج من بين طبقات الأرض.
في الصيد
ليست الموجات الصوتية واستخداماتها حكرًا على الإنسان، فالعديد من المخلوقات تستخدم الأمواج الصوتية للبحث عن الطعام، وتستخدم الخفافيش بشكل خاص نوعًا من السونار للبحث عن الفرائس، حيث تصدر الموجات الصوتية عن الخفافيش، وعندما تعود الموجات الصوتية مرة أخرى إلى الخفافيش، يمكنها تحديد المسافة من فريستها، وبهذه الطريقة، يمكن للخفافيش أن تصطاد بفعالية في الليل على الرغم من ضعف البصر نسبيًا، وتستخدم بعض الكائنات البحرية، مثل الدلافين، أشكالًا مماثلة، من تحديد الموقع بالصدى، للبحث عن الفرائس والتواصل مع بعضها البعض.
في الطب
تلعب الموجات الصوتية دورا كبيرا في حياة السكان حيث جعلته يحصل علي معلومات لم يستطع من قبل معرفتها وتتمثل استخدامات هذه الموجات في حياة الإنسان في التالي:
- الكشف علي الجنين وهو بداخل رحم الأم وهو من اكثر الاستخدامات شيوعا حيث يمكن للطبيب سماع صوت الجنين وهو بداخل بطن الأم ويمكن أيضا أن يقوم باستخدام التصوير الموجي للتعرف علي نوع الجنين والاطمئنان علي نشاطه العام المناسب لمراحل نموه.
- أجراء الرسم التخطيطي للقلب للتعرف علي مدي كفاءة القلب او الوصول إلي الأسباب التي تجعل المريض يشتكي من الأم قلبه.
- تستخدم أيضا الموجات الصوتية في أجراء الفحوصات الطبية الخاصة بالنساء الذي يشتكون من الأم الرحم والمبايض.
- كما يمكن لهذه الموجات فحص البروستاتا لدي الرجال لمعرفة المشكلات التي يمكن أن تصاب بها من التهابات أو تورمات في بعض الأحيان وهي اكثر شيوعا في السن الكبير.
كما يمكن من خلالها فحص الأوردة والشرائيين لاكتشاف سبب عدم تدفق الدم بشكل طبيعي لذا فأن للموجات الصوتية علاقة وطيدة بحياة السكان.
في التعقيم
تستخدم في تعقيم المواد الغذائية والماء واللبن ، وذلك لآن لها قدرة فائقة في القضاء على بعض أنواع البكتريا ، ووقف نشاط بعض الفيروسات .
دار نهضة مصر للنشر
لمحة عن الموجات فوق الصوتية
دخلت الأمواج فوق الصوتية كوسيلة تشخيصية إلى عالم الطب لأول مرة في عام 1942 من قبل العالم Dussik الذي حاول بوساطتها تحديد الأورام الدماغية . وفي عام 1952 استخدم Donald الأمواج فوق الصوتية في بعض القياسات داخل الرحم مثل قياسات رأس الجنين وفحص أعضائه الأخرى وتطور استخدام هذه الأمواج خلال السبعينيات حيث تم استخدام أجهزتها بشكل هائل .
تطبيقات الموجات فوق الصوتية
- لها عدة تطبيقات في مجالات الفيزياء والكيمياء والتقنية والطب ، والعسكرية كالتالي :
- الاتصالات تحت الماء
فقد استخدمت الأمواج فوق الصوتية منذ أمد بعيد لتوفير الاتصالات تحت الماء وللكشف عن الأجسام الغاطسة تحته كالغواصات، فيما يسمى بأجهزة السونار SONAR، وهي أجهزة تشبه الرادار في عملها إلا أنها تستخدم أمواجاً فوق صوتية لأداء مهمتها.
- تحديد خواص المواد
كالانضغاطية compressibility، والمرونة elasticity، ونسب الحرارات النوعية specific heat ratios.
- إنتاج مستحلبات متجانسة
تستخدم الأمواج فوق الصوتية في الكيمياء لإنتاج مستحلبات emulsions متجانسة كالمستعملة في صنع أفلام التصوير، وكذلك للكشف عن التشقُّقات في الصفائح وغيرها.
- التحكم الألكتروني
وقد استخدمت الأمواج فوق الصوتية التي تقع تواتراتها في مجال الـ GHz لصنع «مجهر» صوتي يمكنه تمييز أبعاد من رتبة الميكرون.
وتؤدي الأمواج السطحية التي تقع تواتراتها في المجال فوق الصوتي والمعروفة اختصاراً بـ SAW أي Surface Acoustic Waves دوراً مهماً في تجهيزات التحكُّم الإلكترونية.
- قياس سمك الأنابيب
يستعمل رجال الصناعة الموجات فوق الصوتية لقياس سمك جدران الأنابيب المعدنية أو البلاستيكية ولاختيار تركيز الجسيمات في حبر الكتابة ومواد الطلاء.
تحياتي .. سامي حسن بدر
إرسال تعليق