Physics · الكتاب 1 · Grades 1–9

الفيزياء في المرحلتين الابتدائية والإعدادية

الفيزياء في المرحلتين الابتدائية والإعدادية · Grades 1–9

19الصوت من حولنا

دندن أغنيتك المفضّلة — وبينما تدندن ضع إصبعين برفق على مقدّمة حنجرتك. أتحسّ بذلك الارتعاش؟ لقد لمست توًّا صوتًا في مهده. فكل صوت، وكل طبل، وكل باب صرّار، يصنع صوته بالطريقة نفسها تمامًا، وهذا الفصل يخرج باحثًا عن الحيلة.

19.1 أين تُولد الأصوات

تعريف 19.1 (الاهتزاز)

الاهتزاز ارتعاش سريع جدًّا — حركة ذهاب وإياب تتكرّر مرات كثيرة في كل ثانية، وكثيرًا ما تكون أسرع من أن تتابعها العين. فوتر القيثارة المنقور يهتزّ: لا ترى إلا لطخة مضطربة، لكن طرف إصبعك يحسّ بالطنين.

تعريف 19.2 (الصوت)

الصوت ما نسمعه حين يهتزّ شيء وينتقل ارتعاشه عبر الهواء إلى آذاننا. والشيء المهتزّ هو منبع الصوت — وتر، أو جلد طبل، أو جرس، أو حنجرتك أنت.

طريقة 19.3 (كيف تجعل الأرزّ يرقص)

لكي ترى صوتًا وهو يُولد:

  1. انثر بضع حبّات أرزّ على جلد طبل (أو على غطاء علبة بلاستيكي، أو على جلد بالون ممدود)؛
  2. واطرق الجلد قرب الحبّات — دمدمة: فتقفز الحبّات!
  3. والآن اصرخ على الجلد من قرب شديد فحسب: ترتعش الحبّات من جديد، من غير أن يلمسها شيء.

فالجلد يهتزّ كلما أصدر صوتًا — بل حتى الصوت القادم من فمك يجعله يرتعش.

طبل حقيقي لتجربة الأرزّ: الجلد الأبيض هو الجزء الذي يرتعش. انثر عليه بضع حبّات واطرق قربها — فالجلد المصوّت جلد مرتعش، والأرزّ يرقص ليثبت ذلك. الصورة: فلاديمير موروزوف، CC BY 2.0.
طبل حقيقي لتجربة الأرزّ: الجلد الأبيض هو الجزء الذي يرتعش. انثر عليه بضع حبّات واطرق قربها — فالجلد المصوّت جلد مرتعش، والأرزّ يرقص ليثبت ذلك. الصورة: فلاديمير موروزوف، CC BY 2.0.

قضية 19.4 (لا صوت بلا اهتزاز)

كل صوت يأتي من اهتزاز — وحين يتوقّف الاهتزاز يتوقّف الصوت معه في الحال. اضرب صنجًا ودعه يرنّ؛ ثم أمسكه بيديك إمساكًا محكمًا: صمت، في اللحظة التي توقف فيها قبضتُك الارتعاش.

مثال 19.5 (منابع الصوت في كل مكان)

اصطد الاهتزاز وراء كل صوت: القيثارة — أوتار منقورة ترتعش؛ والطبل — جلد مضروب يرتعش؛ وصوتك — طيّتان صغيرتان في حنجرتك ترتعشان بينما يندفع هواء رئتيك بجوارهما (وذاك هو الطنين الذي أحسّت به أصابعك)؛ والذبابة الطنّانة — جناحاها يرتعشان مئات المرات في الثانية؛ والباب المصفوق — الباب كله وإطاره يرتجفان لحظة.

19.2 عالٍ وخافت، حادّ وغليظ

مثال 19.6 (العلوّ ارتعاش واسع)

انقر شريطًا مطّاطيًّا ممدودًا برفق: لطخة صغيرة، ورنّة خافتة. وانقره بشدّة: لطخة عريضة، ورنّة عالية. فكلما اشتدّ ارتعاش المنبع — أي اتّسع ذهابه وإيابه — كان الصوت أعلى. وراقب حبّات الأرزّ أيضًا: فالطرقة الرفيقة ترعشها، والدمدمة الجبّارة تقذفها في الهواء.

مثال 19.7 (حادّ وغليظ)

مُدّ شريطًا مطّاطيًّا على علبة مفتوحة وانقره؛ ثم اقرصه من الوسط وانقر نصفه القصير: تصير الرنّة أحدّ، مثل زقزقة عصفور. فالأشياء القصيرة المشدودة الرفيعة ترتعش أسرع فتغنّي حادًّا؛ والطويلة المرتخية الغليظة ترتعش أبطأ فتغنّي غليظًا. ولهذا تزقزق الناي الصغيرة وتزمجر التوبا الكبيرة — ولهذا يغنّي أرفع أوتار القيثارة أحدّها.

قيثارة الشريط المطّاطي: الشريط كله يتأرجح أوسع ما يكون في وسطه، مثبَّتًا عند طرفيه، فيغنّي غليظًا؛ أما النصف المقروص الأقصر فيرتعش أسرع فيغنّي أحدّ.
قيثارة الشريط المطّاطي: الشريط كله يتأرجح أوسع ما يكون في وسطه، مثبَّتًا عند طرفيه، فيغنّي غليظًا؛ أما النصف المقروص الأقصر فيرتعش أسرع فيغنّي أحدّ.

ملاحظة 19.8 (احمِ الطبل الصغير في أذنك)

في عمق أذنك جلد دقيق — أرقّ من الورق — يرتعش مع كل صوت يصله، تمامًا مثل طبل حبّات الأرزّ. والأصوات الشديدة العلوّ تهزّه هزًّا عنيفًا: فالموسيقى العالية جدًّا والآلات والألعاب النارية تستطيع أن تتلفه إلى الأبد، وهو لا ينبت من جديد. فغطِّ أذنيك قرب الضجيج العالي، ولا تصرخ في أذن أحد أبدًا — فليس للآذان جفون.

19.3 من المنبع إلى الأذن

مثال 19.9 (رحلة تصفيقة)

يصفّق صديق في الجهة الأخرى من الساحة. فتجعل التصفيقة الهواء يرتعش؛ وينتشر الارتعاش في الهواء في كل اتجاه، مثل الحلقات حول حصاة أُلقيت في بركة؛ ويصل بعضه إلى أذنك فيجعل الجلد الصغير في أذنك يرتعش — فتسمع التصفيقة. منبع، فرحلة، فأذن: وكل صوت سمعته في حياتك قطع هذه الرحلة. فكم سرعة الرحلة، وفي أيّ شيء تستطيع أن تنتقل؟ ذانك بالضبط سؤالا فصل الصوت في السنة القادمة.

19.4 تمارين

تمرين 19.1

ما الاهتزاز؟ وسمِّ الجزء المهتزّ في: قيثارة؛ طبل؛ صوتك؛ ذبابة طنّانة.

حل

حل التمرين 19.1.

ارتعاش سريع جدًّا ذهابًا وإيابًا. القيثارة: الوتر المنقور. والطبل: الجلد المضروب. والصوت: الطيّتان الصغيرتان في الحنجرة. والذبابة: جناحاها الخافقان.

تمرين 19.2

في تجربة الأرزّ، ماذا تثبت الحبّات القافزة عن جلد طبل مصوّت؟

حل

حل التمرين 19.2.

تثبت أن الجلد المصوّت جلد مرتعش: فالحبّات تقفز لأن الجلد تحتها يتحرّك صعودًا ونزولًا حركة سريعة — حتى حين لا يحرّكه إلا صرخة، لا لمسة.

تمرين 19.3

لماذا يُسكِت الإمساكُ صنجًا رنّانًا في الحال؟ وأيّ قانون من قوانين الفصل يعمل هنا؟

حل

حل التمرين 19.3.

القبضة توقف ارتعاش الصنج، وانعدام الاهتزاز يعني انعدام الصوت — وهو قانون “لا صوت بلا اهتزاز”.

تمرين 19.4

لكي تصير رنّة الشريط المطّاطي أعلى، ما الذي تغيّره في نقرتك؟ وكيف تبدو لطخة الشريط حينئذ؟

حل

حل التمرين 19.4.

انقر بشدّة أكبر: يتأرجح الشريط أوسع — أي لطخة أعرض — وتصير الرنّة أعلى. فارتعاش أوسع، وصوت أعلى.

تمرين 19.5

أيّهما يغنّي أحدّ: الشريط المقروص القصير أم الشريط كله؟ الناي الصغيرة أم التوبا الكبيرة؟ أرفع أوتار القيثارة أم أغلظها؟

حل

حل التمرين 19.5.

الشريط المقروص القصير؛ والناي الصغيرة؛ وأرفع الأوتار. فالأشياء القصيرة الصغيرة الرفيعة ترتعش أسرع فتغنّي أحدّ.

تمرين 19.6

دندن وأصابعك على حنجرتك، ثم توقّف عن الدندنة. بمَ تحسّ أصابعك، ومتى يتوقّف الإحساس بالضبط؟

حل

حل التمرين 19.6.

تحسّ بطنين — وهو اهتزاز طيّتَي الحنجرة. ويتوقّف الطنين في اللحظة التي تتوقّف فيها الدندنة: فلا صوت بلا اهتزاز.

تمرين 19.7

احكِ رحلة تصفيقة من يدَي صديقك إلى أذنك، في ثلاث خطوات.

حل

حل التمرين 19.7.

اليدان المصفّقتان تجعلان الهواء يرتعش؛ وينتشر الارتعاش في الهواء مثل حلقات البركة؛ ويصل إلى الأذن فيجعل الجلد الصغير في الأذن يرتعش — فتُسمع التصفيقة.

تمرين 19.8

لماذا يجب إبعاد الأصوات الشديدة العلوّ عن الآذان؟ وأيّ شيء دقيق داخل الأذن في خطر، وبمَ يشبه ما في هذا الفصل؟

حل

حل التمرين 19.8.

الأصوات الشديدة العلوّ تهزّ جلد الأذن الدقيق — وهو طبل حبّات الأرزّ الخاصّ بالأذن، أرقّ من الورق — هزًّا يكفي لإتلافه إلى الأبد؛ وهو لا ينبت من جديد.

تمرين 19.9

مشط صندوق الموسيقى فيه أسنان مختلفة الأطوال. فأيّ الأسنان تعزف النغمات الحادّة وأيّها يعزف الغليظة؟ أجب بقاعدة المثال 19.7.

حل

حل التمرين 19.9.

الأسنان القصيرة تعزف النغمات الحادّة، والطويلة تعزف الغليظة: فالأشياء القصيرة ترتعش أسرع فتغنّي أحدّ.

تمرين 19.10 ★★

صُبّ ماءً في قنّينة زجاجية وانفخ فوق فوهتها: صفير! أضِف ماءً أكثر وانفخ من جديد: يصير الصفير أحدّ. فما الذي يرتعش ليصنع الصفير — الزجاج أم الماء أم الهواء الذي في الداخل؟ استعمل قاعدة “القصير يغنّي حادًّا” للدفاع عن جوابك.

حل

حل التمرين 19.10.

الهواء الذي داخل القنّينة هو المرتعش — ونَفَسك هو الذي يجعله يرتجف. وإضافة الماء تترك عمودًا أقصر من الهواء فوق الماء، والقصير يغنّي حادًّا: ولهذا يرتفع الصفير. ولو كان الزجاج نفسه هو المغنّي لما غيّرت إضافة الماء النغمة إلا قليلًا.

تمرين 19.11 ★★

تقول مايا: “حين يكون التلفاز صامتًا تظلّ الشاشة تتحرّك — فالحركة وحدها إذن تصنع صوتًا.” استعمل التعريف 19.2 وتجربة الأرزّ لتشرح أيّ نوع من الحركة يصنع صوتًا، ولماذا لا تصنع الصور على الشاشة صوتًا.

حل

حل التمرين 19.11.

الصوت يحتاج إلى اهتزاز: ارتعاش ذهابًا وإيابًا سريع بما يكفي لهزّ الهواء، مثل جلد الطبل الذي أرقص الأرزّ. أما الصور على شاشة صامتة فتتغيّر، ولا يرتعش فيها ما يهزّ الهواء — فالألوان المتغيّرة لا تهزّ شيئًا، فلا يبقى ما تلتقطه أذن.

المصطلحات المعرَّفة في هذا الفصل

عرض كل المصطلحات (393) في المسرد