رفتن به محتوا رفتن به پابرگ

صوت و سرعتش

صوت و سرعتش

اصوات در همه جا قرار دارند. هرجایی که شما بتوانید دو تا چیز را با هم برخورد دهید، صدا دریافت می کنید. امروزه ما در موارد بسیاری از صداها بهره می بریم. برای ساخت و نواخت موسیقی های آرامش بخش و ساز های گوناگون. برای سونوگرافی و موارد پزشکی. برای روان درمانی. برای ردیابی و حتی برای اولین نیاز بشر، صحبت کردن! در اینجا نمی خواهیم به کاربرد های آن بپردازیم. بلکه می خواهیم یکی از خاصیت های آن را واکاوی کنیم. سرعت آن!

قبل از هرچیز باید ذکر کنم که صدا یک موج مکانیکی است. یعنی برای انتشار به یک محیط مادی نیازد دارد. محیطی همانند هوا، آب و یا حتی ریل قطار! پارامتر سرعت در جامدات و شاره ها با تفاوتی آشکار تعریف می شود. برای سادگی ابتدا به سراغ پارامتر سرعت در شاره ها می رویم. درون شاره ها، سرعت موج طبق رابطه ی زیر تعریف می شود.

پارامتر ρ در اینجا چگالی گاز است. و اما B که به مدول کپه ای یا مدول بالک (Bulk modulus) چیست؟

همانطور که در رابطه بالا می بینید مدول کپه ای به حجم محفظه (V) و به تغییرات فشار نسبت به حجم گاز (dP/dV) مرتبط است. یک موج صوتی، بر خلاف موج دریا و یا یک طناب تابانده شده، نوسانی به شکل قله و دره ندارد. بلکه نوسان آن بسیار شبیه به یک فنر است. فنری که آن را کشیده و سپس رها کنیم. هنگامی که ما صحبت می کنیم و یا سازی را می نوازیم، مولکول های هوا را به ارتعاشات طولی وا می داریم، هنگامی که این ارتعاشات به گوش ما برسند، آن ها را به شکل آوا درمیابیم.

مدول کپه ای در تلاش شبیه سازی همین امر هست. با یک نگاه کوچک می توانیم دریابیم که سرعت صوت در گاز ها با چگالی رابطه ی عکس دارد. هرچی چگالی کمتر، سرعت بیشتر! دلیلش هم واضح است. به ارتعاش در آوردن تنها بیست دانش آموز داخل صف بسیار راحت تر از به ارتعاش در آوردن جمعیت یک واگن مترو شلوغ است. چگالی بیشتر خبر از تراکم بیشتر مولکول ها می دهد. به همین دلیل انرژی موج به دلیل مقاومت حاصل از تراکم بالای مولکول ها تلف خواهد شد.

برای جامدات اوضاع پیچیده تر است. در جامدات برای محاسبه سرعت به مدول بروشی یا مدل شیر (Shear modulus) با نماد G نیز نیاز داریم. مدول برشی نسبت بین تنش و کرنش است. تنش میزان نیروی داخلی مواد است که به هنگام کشیدن و فشردن، از تغییر حالت ماده جلوگیری می کند. در حالی که کرنش میزان نیرویی است که ماده را به کل از شکل فعلی خارج کند. مثلا آنقدر یک فنر را بکشیم که حالت ارتجاعی خود را از دست بدهد. رابطه ی نهایی به شکل زیر خواهد بود.

با یک مقایسه ساده می توان بررسی کرد که سرعت صوت در جامدات بسیار بیشتر از شاره هاست. فاکتور G بزرگی قابل توجهی دارد و حضور آن در صورت قضیه اهمیت ماجرا را دو چندان می کند. به راحتی می توانید این موضوع را بیازمایید. در حالی که کنار یک ریل قطار ایستاده اید، ممکن است با لمس آن لرزش هایی حس کنید. لرزش هایی که حاصل از حرکت قطار از صدها متر دور تر است. در صورتی که تنها تا چند سانتی متر بالاتر از ریل که هوا قرار دارد خبری نیست!

τ تنش γ کرنش

امیدوارم از این سیاهه لذت برده باشیدو همچنین می توانید برای دانستن نحوه ی کارکرد گوش این ویدیو و برای دانستن نحوه ی کار میکروفون ها و بلندگو ها این ویدیو را ببینید.

دیدگاه‌ خود را بنویسید

اخبار و یادداشت ها

فوتبال و فیزیک

فوتبال و فیزیک فوتبال، مهیج ترین ورزش و سرگرمی دنیا. سالیانه موج شور احساسات و پول است که روانه ی این پدیده ی عجیب می شود. پدیده ای به شدت

مطالعه بیشتر
منجنیق چگونه کار میکند؟

منجنیق چگونه کار می کند

منجنیق چگونه کار می کند منجنیق ها کلاس درس فیزیک پایه هستند. هر کسی به خوبی می تواند ببیند که چطور با مفاهیم بسیار ساده ی فیزیک می شود ماشین

مطالعه بیشتر
این هفته، فیلم مورد انتظار اپنهایمر به سینماها می‌رسد که در آن کریستوفر نولان، کارگردان مشهور، روایت خود را درباره‌ی فیزیکدان نظری، رابرت اوپنهایمر، که در طول جنگ جهانی دوم پروژه منهتن را به راه انداخت تا اولین بمب اتمی را توسعه دهد، به تصویر می‌کشد. رابرت اوپنهایمر که در سال ۱۹۶۷ درگذشت، به عنوان یک رهبر کاریززماتیک، متفکر عمومی بلندپرواز و قربانی ترس از کمونیسم شناخته می‌شود که در سال ۱۹۵۴ به دلیل ارتباطات پیشین خود با کمونیست‌های مشکوک، مجوز امنیتی خود را از دست داد.

اوپنهایمر

جدا از فیلم هالیوودی، اوپنهایمر چقدر فیزیکدان خوبی بود؟ این هفته، فیلم مورد انتظار اوپنهایمر به سینماها می‌رسد که در آن کریستوفر نولان، کارگردان مشهور، روایت خود را درباره‌ی فیزیکدان

مطالعه بیشتر

ترمودینامیک و ظرفشویی

ترمودینامیک و ظرفشویی ترمودینامیک به کمک شستن ظرف ها و نجات کره ی زمین می آید. اغلب، ماشین های ظرفشویی معمولی تمامی ریزجانداران های مضر مانده در بشقاب ها، کاسه

مطالعه بیشتر
مدار سری و موازی

مدار سری و موازی

مدار سری و موازی امروزه حوزه ی الکترومغناطیس شاید فعال ترین شاخه ی فیزیک است.نمی توان با اطمینان گفت جذاب ترین ولی قطعا پر مسئله ترین حوزه نیز همین حوزه

مطالعه بیشتر
بازی زندگی

بازی زندگی کانوی

بازی زندگی کانوی اکثر فلاسفه و دانشمندان معتقد بوده و هستند که زندگی پیچیده است. و قوانین پیچیده ای دارد. شاید شما هم تا کنون با آن ها هم عقیده

مطالعه بیشتر
دلنوشته های داوینچی راجع به کنکور مسائلی جبران ناپذیر و زیان ده، نا عدالتی، از اصل افتادن، نقد های ما را از دست ندهید همین الان به صفحه بیایید

کنکور، آزمون مرگ

کنکور آزمون مرگ بازار نتایج کنکور داغ است و بهانه ی خوبی برای به رینگ بردن این غول عاری از منطق. انتخاب احمق ترین فرد دنیا راحت نخواهد بود. همانطور

مطالعه بیشتر
ماده ی تاریک کاندید جدیدی به نام اکسیون دارد

اکسیون، قلب ماده ی تاریک

یک قدم نزدیک تر به ماده ی تاریک دانشمندان استرالیایی در شرف حل یکی از رمز و راز های عالم، ماده ی تاریک. آزمایش ارگان (ORGAN) اولین آشکارساز بزرگ ماده

مطالعه بیشتر
اولین تصویر ابر تلسکوپ جیمز وب طلوع عصر جدیدی را درشاخه ی نجوم و اخترفیزیک رقم زد.

جیمز وب، درگاه زمان

جیمز وب : به سوی بینهایت و فراتر از آن اولین تصویر ابر تلسکوپ جیمز وب طلوع عصر جدیدی را درشاخه ی نجوم و اخترفیزیک رقم زد. با این تکنولوژی

مطالعه بیشتر
بوزون هیگز ده ساله شد

بوزون هیگز ده ساله شد

بوزون هیگز ده ساله شد بزون هیگز ده ساله شد: دیشب یعنی 13 تیر 1401 سالگرد کشف ذره ی هیگز معروف به ذره خدا در آزمایشگاه سرن اروپا بود. اهمیت

مطالعه بیشتر