السبت، 10 ديسمبر، 2016

دراسة الصوت



الصوت
The Sound

الموجات الميكانيكية الذي تناول حركة الموجات وأنواعها وخصائصها  ونقل الطاقة وسلوك الموجات كالانعكاس والانكسار والتداخل و الحيود.وتعرف طول الموجات والترددات, واستطاع حساب سرعة الموجات، وتعرف الموجات الموقوفة والموجات المسافرة, كما تعرض لمبدأ تراكب الموجات بشكل مبسط.
 وفي هذا الفصل سوف يدرس الطالب الصوت كتطبيق على الموجات الميكانيكية حيث يعالج هذا الفصل كيفية نشوء الصوت وتردد وسعة الموجات الصوتية. كما يتعرف الطالب بعض الظواهر المرتبطة بالصوت مثل الرنين في الأعمدة الهوائية المفتوحة من طرف واحد، وظاهرة دوبلر التي يعايشها كل يوم في حياته .ويختتم الفصل بدراسة بعض التطبيقات العملية التي استخدمت خصائص الصوت كمبدأ لعملها مثل جهاز الموجات فوق الصوتية و الرادار والسونار.


مخرجات التعلم :
12–4 وصف الظاهرة الصوتية من حيث خصائص وسلوك الموجات الميكانيكية.
أ. وصف الصوت من حيث خصائص وسلوك الموجات الميكانيكية..
ب. شرح الكيفية التي تتكون بها الموجات الصوتية من خلال انضغاط وتخلخل جزيئات الوسط.

م 4-12-2 تبادل الأسئلة والاهتمامات والخطط والنتائج باستخدام لغة مكتوبة أو حوار شفوي أو رموز أو صور أو أشكال أو غيرها.
أ‌.        اختيار وسائل عددية أو رمزية أو بيانية أو لغوية للعرض لتوصيل النتائج والاستنتاجات.

- اسأل الطلاب عن الموجات الميكانيكية التي درسوها في الفصل السابق وقم بالربط بين الموجات الصوتية كمثال على الموجات الميكانيكية.
- ابدأ بتقريب مفهوم الصوت لدى الطلاب وذلك عن طريق طرح الأسئلة التالية:
1-      ما  الصوت؟ وما العضو الذي نسمع به؟
2-      هل تختلف الأصوات ؟
3-      هل تشاهد الصوت الصادر من أي مصدر صوتي؟
 - قم بتنفيذ الاستكشاف(1) ليتعرف الطلاب كيفية نشوء الصوت.
الاستكشاف (1): كيف ينشأ الصوت؟
الزمن المطلوب : 20دقيقة
حجم المجموعة : 5-6 طلاب
الإجراءات:
-        نبّه الطلاب إلى عدم لمس الشوكة الرنانة من طرفيها المهتزين بعد طرقها حتى لا يؤثر ذلك على اهتزازاتها.
-        عند تقريب الشوكة الرنانة من سطح الماء يجب عدم ملامسة الكأس و إنما فقط لمس سطح الماء.
-        تأكد من توفر الهدوء في الفصل لكي يمكن سماع الصوت الصادر عند وضع مقبض الشوكة الرنانة فوق سطح الطاولة.

1-      اهتزاز سطح الماء واضطرابه.
2-      انتقال الاهتزازات من الشوكة الرنانة إلى سطح الماء.
3-      سماع صوت .
4-      بسبب الاهتزازات التي انتقلت من الشوكة الرنانة إلى سطح الطاولة وهو ما جعل جزيئات الطاولة تهتز.
*انتقال الموجات الصوتية
- يمكن طرح أسئلة على الطلاب مثل:
-        هل تنتقل الموجات في الفراغ؟
-        لماذا لا نستطيع سماع الأصوات من خارج الاستوديوهات الصوتية؟
-        اعرض شفافية تبين شكل الكتاب (4-2) الذي يبين حركة جزئيات واتجاه انتشار الموجات الطولية.
- قم بتنفيذ الاستكشاف (2) وذلك لتوضيح كيفية انتقال الصوت عبر الأوساط المختلفة.
الاستكشاف (2): انتقال الصوت
-        الزمن المطلوب : 20 دقيقة
-        حجم المجموعة : 5-6 طلاب
الإجراءات:
-        اترك الطلاب يتفحصون جهاز المفرغة الهوائية.
-        تأكد من أن الهواء لا يتسرب من داخل المفرغة أو خارجها.
-        وجه التلاميذ إلى التعامل الآمن والسليم مع جهاز المفرغة الهوائية.

1-      سماع الصوت واهتزاز الناقوس.
2-      لا . لأن الصوت ينشأ من اهتزاز جزيئات الجسم  مصدر الصوت.
3-      قلت شدة الصوت قليلاً ؛ بسبب وجود حاجز بين المصدر والمستمع وهو الناقوس.
4-      انعدام سماع الصوت؛ بسبب عدم وجود وسط ينتقل فيه الصوت.

1-      بسبب عدم وجود وسط تنتقل من خلاله موجات الصوت وبالتالي يلجأ رجال الفضاء إلى استخدام وسائل اتصال للحديث فيما بينهم.
2-      لأن الصوت عبارة عن موجات طولية تنتقل عن طريق التصادمات المتلاحقة بين جزيئات الوسط، وبالتالي فلا بد من وجود وسط لتنتقل خلاله بعكس موجات الضوء التي هي عبارة عن فوتونات ذات طاقة وتنطلق على شكل موجات كهرومغناطيسية لا تحتاج إلى وسط ناقل.


12–4 وصف الظاهرة الصوتية من حيث خصائص وسلوك الموجات الميكانيكية.
أ. وصف الصوت من حيث خصائص وسلوك الموجات الميكانيكية..
د. إجراء مقارنة بين سرعة الصوت وطبيعة الوسط الذي ينتقل فيه.


م 3-12-2  تحليل البيانات المقدمة في جداول أو رسوم بيانية.
ح.حساب كل من : سرعة الصوت- الرنين – التردد الظاهري والتردد الحقيقي للصوت- شدة ومستوى شدة الموجات الصوتية.
و. تحديد سرعة الموجات الميكانيكية، أمثلة: الموجات المائية والموجات الصوتية.
م 4-12-2 تبادل الأسئلة والاهتمامات والخطط والنتائج باستخدام لغة مكتوبة أو حوار شفوي أو رموز أو صور أو أشكال أو غيرها.
أ- اختيار وسائل عددية أو رمزية أو بيانية أو لغوية للعرض لتوصيل النتائج والاستنتاجات.


- اطلب إلى الطلاب القيام ببعض الأنشطة البسيطة لتعرُّف اختلاف سرعة الصوت حسب اختلاف الوسط، كأن يضعوا أذانهم في الطاولة ويطرقوا طرقاً خفيفاً عليها ثم يبعدوا آذانهم ويطرقوا نفس الطرق . هل هناك فرق بين الصوتين؟ ثم اطرح عليهم بعض الأسئلة مثل :
- هل هناك فرق بين الصوتين؟
- ما السبب في ذلك؟
- اعرض الجداول في هذا الدرس على شفافية.
- اطلب من الطلاب البحث عن سرعة بعض المواد الأخرى غير المذكورة في الكتاب .

سرعة الصوت هي الإزاحة التي يقطعها الصوت في الثانية الواحدة عند انتقاله في وسط معين.نرى وميضَ البرقِ قبل سماع الرعد مع أنهما يحدثان في وقت واحد.كذلك نسمع صوت المدفع بعد رؤيتنا اللهب يخرج من فوهته. وعند اقتراب القطار من محطةٍ ما يُمكننا أن نستمع لاهتزاز قضبان سكة
القطار ( سكة الحديد ) قبل أن نتمكن من مشاهدة القطار أو سماع صوته عبر الهواء أثناء قدومه0 هذا يدل على انتشار الصوت في الأجسام الصلبة وعلى أن سرعة انتقال الصوت في الأجسام الصلبة أكبر من سرعته في الهواء ( الغازات ) .
 العوامل المؤثرة في سرعة الصوت :
تنتقل الموجات الصوتية فقط في الأوساط المادية سواء الصلبة أو السائلة أو الغازية .وتعتمد سرعة انتقال الصوت على طبيعة الوسط المادي وليس على مصدر الصوت ، و هناك عدة عوامل تؤثر على سرعة انتقال الصوت في الوسط المادي ومن أهمها :
أ) درجة الحرارة : تزداد سرعة الصوت في المادة ذاتها كلما ارتفعت درجة حرارتها وتنخفض بانخفاضها .
مثلاً : سرعة الصوت في الهواء    340m/s عند الدرجة 200C. بينما سرعة الصوت في الهواء  330m/s عند الدرجة  0oC.
ب) كثافة الوسط المادي الذي يتحرك فيه الصوت: ونعني بالكثافة هنا مدى تقارب جزيئات المادة التي ينتقل فيها الصوت ، فكلما كانت الجزيئات قريبة من بعضها بعضاً زادت سرعة الصوت . لذلك يكون الصوت أسرع ما يمكن في المواد الصلبة ثم في المواد السائلة وأخيراً في الغازات . يتحرك الصوت بشكل جيد خلال الوسط المادي ذي الكثافة العالية مثل الحديد حيث الجزيئات قريبة من بعضها البعض.
ج) مرونة المادة: المقصود بمرونة المادة عودة جزيئاتها إلى وضعها الأصلي بعد اضطرابها، فكلما عادت جزيئات المادة بسرعة كانت مرونة المادة عالية، وكلما كانت عودة الجزيئات بطيئة كانت المادة قليلة المرونة، وعلى هذا فإن الحديد أكثر مرونة بكثير من الهواء.
بعض المعادن مثل الحديد والنيكل تُعد مواد مرنة جداًّ، وبالتالي فإنها تنقل الصوت بشكل جيد.وتُعد معظم السوائل غير مرنة بشكل كاف،، وبالتالي فإنها لا تنقل الصوت بشكل جيد ، وتعتبر الغازات الأسوأ من حيث المرونة وبالتالي فهي وسط ضعيف لنقل الصوت .


1-     

    
2-      كثافة الهواء تؤثر على سرعة انتقال الصوت ، فعند مستوى سطح البحر ، تكون كثافة الهواء ـ سبب الضغط الجوي ـ أعلى / أكبر منها في المناطق الجبلية وهكذا تجد أن الصوت ينتقل في الهواء بسرعة أقل كلما ارتفعنا عن مستوى سطح البحر.

12–4 وصف الظاهرة الصوتية من حيث خصائص وسلوك الموجات الميكانيكية.
أ. وصف الصوت من حيث خصائص وسلوك الموجات الميكانيكية..
ج. التعرُّف على علاقة  التردد بحدة الصوت من جهة وسعة الموجة بشدة الصوت من جهة أخرى.  
م 3-12-2  تحليل البيانات المقدمة في جداول أو رسوم بيانية.
ح.حساب كل من: سرعة الصوت- الرنين – التردد الظاهري والتردد الحقيقي للصوت- شدة ومستوى شدة الموجات الصوتية.
م 4-12-2 تبادل الأسئلة والاهتمامات والخطط والنتائج باستخدام لغة مكتوبة أو حوار شفوي أو رموز أو صور أو أشكال أو غيرها.
أ.اختيار وسائل عددية أو رمزية أو بيانية أو لغوية للعرض لتوصيل النتائج والاستنتاجات.

اطرح أسئلة على الطلاب مثل:
-        كيف تميز بين الأصوات؟
-        لماذا نصف صوت المرأة بالناعم وصوت الرجل بالخشن؟
-        هل يمكن أن تتحكم في صوتك من حيث الخشونة و النعومة؟جرب ذلك.
-        بماذا تحس إذا وضعت يدك أسفل حنجرتك؟
- قبل عرض الاستكشاف اطلب من الطلاب مناقشة مفهومي التردد والشدة وإعطاء بعض الأمثلة عليها من واقع الحياة اليومية.
- اطلب من الطلاب إجراء الاستكشاف (3) الموجود في الكتاب .
الاستكشاف (3): تردد الصوت وشدته
-        الزمن المطلوب : 15دقيقة
-        حجم المجموعة : 5-6 طلاب
الإجراءات:
-        اترك الطلاب يتعرفون الجهاز و يقرؤون  ترددات  الشوك الرنانة التي سوف يستخدمونها.
-        يمكن أن يعمل الطلاب تصميمًا خاصا بهم لجهاز صندوق الرنين إذا لم يتوافر في المدرسة.
-        يفضل أن تقوم كل مجموعة بالعمل ولا يكتفى بالعرض الجماعي.
التحليل والتفسير:
1-      تختلف حدة الصوت
2-      الذي له أعلى تردد
3-      باستخدام المكبر
- اعرض في شفافية الجدول (4-2) الذي يبين الشدة ومستوى الشدة لبعض الأصوات.


 1- حسب العلاقة  فإن هناك علاقة بين السرعة والتردد الذي يمثل نوع الصوت هل هو حاد أم غير ذلك؟ أما بالنسبة لشدة الصوت فلا توجد علاقة بينها وبين السرعة فالصوت القوي يسير بنفس السرعة التي يسير بها الصوت الضعيف ما لم يتغير الوسط0
2- 
                           
 
خلفية علمية:مقارنة بين شدة الصوت ودرجة الصوت
شدة الصوت   درجة الصوت
هي الخاصية التي تستطيع الأذن من خلالها التمييز بين الأصوات القوية و الضعيفة، وتتأثر بعاملين هما:
1-      حجم مصدر الصوت .
2-      بعد مصدر الصوت عن السامع0
مثال: التمييز بين صوت السيارة وصوت الطائرة0 هي الخاصية التي تستطيع الأذن من خلالها التمييز بين الصوت الحاد والصوت الغليظ0
مثال: التمييز بين صوت الرجل الغليظ وصوت المرأة الحاد0




12–4 وصف الظاهرة الصوتية من حيث خصائص وسلوك الموجات الميكانيكية.
هـ. المقارنة بين الموجات المستوية و الموجات الكروية وصفيًّا و رياضيًّا.
م 2-12-2 تنظيم البيانات في أشكال وجداول تتناسب مع النص أو التجربة.
د.رسم رسومات توضيحية تبين صدر الموجة (الكروية – المستوية) وشعاعها. 
م 4-12-2 تبادل الأسئلة والاهتمامات والخطط والنتائج باستخدام لغة مكتوبة أو حوار شفوي أو رموز أو صور أو أشكال أو غيرها.
أ.اختيار وسائل عددية أو رمزية أو بيانية أو لغوية للعرض لتوصيل النتائج والاستنتاجات.


- اطرح على الطلاب مجموعة من الأسئلة مثل:
- ما شكل الموجات التي تتكون نتيجة سقوط حجر في بركة ماء؟
- ما شكل موجات شاطئ البحر؟
يمكنك تذكير الطلاب بأشكال الموجات التي شاهدوها في الفصل السابق من خلال طرح الأسئلة التالية :
-        ما شكل الموجات التي شاهدتها عند دراسة ظاهرة الانعكاس؟
-        ما شكل الموجات التي شاهدتها عند دراسة ظاهرة التداخل؟
-        ما سبب اختلاف أشكال هذه الموجات؟
- اطلب من الطلاب رسم شكل الموجات الكروية والموجات المستوية  التي شاهدوها في حوض الموجات المائية في الفصل السابق موضحين كلاً من صدر(جبهة) الموجة وشعاعها واتجاهها.
- اعرض عليهم أشكال الموجات كما وردت في الكتاب من خلال شفافية.
- قم بتوضيح العلاقات بين كلٍّ من شدة الصوت ونصف القطر من خلال العلاقة       في حالة الموجات الكروية.
- اطرح عليهم بعض الحقائق مثل ما سبب عدم سماعنا للصوت الصادر من مصدر يبعد عنا مسافة بعيدة؟ وناقشهم في الأسباب.


12–4 وصف الظاهرة الصوتية من حيث خصائص وسلوك الموجات الميكانيكية.
و. التعرُّف على ظاهرة دوبلر وتحديد قيمة التردد عندما تكون هنالك حركة نسبية بين المصدر والمشاهد.
م 1- 12- 1  طرح أسئلة لتسهيل عملية الاستقصاء ، والتنبؤ بنتائج أحداث معينة بناء على معلومات سابقة.
ج.التنبؤ بالظروف المطلوب توفرها لتحقيق ظاهرة (دوبلر – الرنين في الأعمدة الهوائية). 
م 3-12-2 تحليل البيانات المقدمة في جداول أو رسوم بيانية.
ز.ربط التغيرات الظاهرة في طول الموجة وترددها بسرعة المصدر من حيث علاقته بالمشاهد.
م 4-12-2 تبادل الأسئلة والاهتمامات والخطط والنتائج باستخدام لغة مكتوبة أو حوار شفوي أو رموز أو صور أو أشكال أو غيرها.
أ.اختيار وسائل عددية أو رمزية أو بيانية أو لغوية للعرض لتوصيل النتائج والاستنتاجات.




قم بطرح أسئلة على الطلاب كمدخل للدرس مثل:
1-      لماذا يزداد صوت صفارة سيارة إطفاء الحريق عندما تقترب منك؟ ولماذا يقل حتى يتلاشى عندما تبتعد عنك؟
- اعرض في شفافية الأشكال الموجودة في كتاب الطالب والتي توضح شكل الموجات في كل الحالات التي تدرسها في هذا البند.
الحالة الأولى :عندما يكون المشاهد متحركاً والمصدر الصوتي ثابتاً
اطلب من أحد الطلاب أن يقترب من جهاز تسجيل ثابت في غرفة الصف، ثم دعه يتحدث عن الصوت الذي كان يسمعه وهو يتحرك هل يتغير كلما اقترب من المصدر؟
ابدأ بطرح أسئلة على الطلاب كالتالي:
1- جرب أن تجري و اترك زميلك ينادي عليك. كيف يبدو صوته إذا كنت:
- تجري مقتربًا منه.                              
 - تجري مبتعدًا عنه.
2- ماذا يحدث لسرعة الموجات عندما تقترب من مصدر الصوت؟
الحالة الثانية: عندما يكون المشاهد ثابتاً والمصدر الصوتي متحركاً
  - اترك طالبين يقومان بالنشاط التالي:
 أحدهما يحمل جهاز تسجيل ويتحرك ناحية زميله والآخر لا يحمل شيئًا ويقف ثابتًا في مكانه. ثم اسأل الطالب الثابت عن الصوت الذي يسمعه عند اقتراب زميله أو عند ابتعاده.
   ابدأ بطرح أسئلة على الطلاب كالتالي:
1- قارن بين الصوت الذي تسمعه عند مرور طائرة حربية على ارتفاع قريب منك ومرور شاحنة بسرعة بطيئة بالقرب منك.
الحالة الثالثة: عندما يكون المشاهد ومصدر الصوت في حالة حركة.
اجعل طالبين يتحركان باتجاه بعضهما بعضًا، واطلب من أحدهما أن يتكلم والثاني أن يستمع ثم اجعلهما يبتعدان عن بعضهما بعضاً وأحدهما يتكلم والآخر يستمع.


تنتشر الموجات من مصدر الصوت على شكل كرات متحدة المركز، وتبقى بنفس الشكل ما دام المصدر ساكنا 0أما إذا ما تحرك المصدر فإن الموجات سوف تعاني من تغير في شكل الانتشار تبعا لسرعة المصدر، ووفقا لهذه الحركة فالجزء من الدائرة الذي ينتشر بنفس اتجاه حركة المصدر سوف تنضغط موجاته على بعضها بعضاً لتحافظ على سرعة الصوت ثابتة، فيزداد تردده ويقل طول موجته (أي يصبح أكثر حدة). عكس ذلك تماما يحدث للموجة المنتشرة بعكس اتجاه حركة ، فهي تتخلخل ويقل ترددها ، وهو ما  يزيد في طول موجتها (فتصبح أكثر غلظة)، أما الموجات المنتشرة بالاتجاه العمودي على حركة المصدر فتبقى بشكلها الطبيعي.



1-      لا يحدث أي تأثير لأن السرعة متساوية،  وبالتالي لا تعاني الموجات أي انضغاط،  ويظل الصوت على حاله من الحدة أو الغلظة، وهي نفس الحالة إذا تحرك مصدر الصوت باتجاه عمودي على اتجاه انتشار الموجات.
2-      نعم لأن الموجات سوف تزيد سرعتها ومن العلاقة   فعند زيادة السرعة يزيد التردد ويبقى الطول الموجي ثابتاً0

- ناقش الطلاب في بعض المشاهدات مثل: لماذا نسمع صوت فرقعة للطائرات الحربية بعد مرورها من نقطة معينة؟
- اعرض عليهم الشكل (4-18) الموجود في الكتاب المدرسي واطلب إليهم ملاحظة تغير الطول الموجي للموجات الصوتية، كذلك اطلب منهم ربط هذه الظاهرة بظاهرة دوبلر.


لم تكن الطائرة الكونكورد أول شيء يخترعه الإنسان ليكسر به حاجز الصوت ، بل   إن أول اختراع لكسر حاجز الصوت ظهر في بلاد الصين قبل أكثر من سبعة آلاف عام و كان اختراعا بسيطا للغاية وهو " السوط "، و لكن الصينيين الذين اخترعوه لم يكونوا يعلمون أن له تلك الخاصية , و لم يعلم أحد بذلك إلا في عام 1927م عندما أظهرت آلة تصوير متطورة ذات سرعة عالية أن صوت فرقعة السياط الذي نسمعه جميعا ليس صوت سقوط جلد السوط على جسم ما , و إنما في الحقيقة صوت اختراقه المحدود لحاجز الصوت.
 وقد توصل العلم إلى تفسير علمي مقبول لتلك الظاهرة. جاء ذلك على يد الدكتور " الآن جوريلى " الأستاذ بجامعة أريزونا الذي قال إن صوت الفرقعة الناتج عن السوط إنما ينتج عن مجال يتولد عندما يحركه الشخص في الهواء , و هذا المجال يكون بطول السوط, ولأن هذا الحبل يكون مصنوعا من مادة خفيفة فإن هذا المجال يتحرك بسرعة، و يمكن أن تتضاعف سرعته عشرات المرات, وتسمع فرقعة السوط عندما يكسر هذا المجال سرعة الصوت.
و قد لا يكون السوط اختراعا بشريا خالصا , فقد عرض  ناثان ميرفولد الباحث في شركة ميكروسوفت والمهتم بالديناصورات برنامجا للمحاكاة أظهر أن الذيل الطويل لأحد أنواع الديناصورات كان يعمل بطريقة مماثلة للسوط.


مخرجات التعلم:
12–4 وصف الظاهرة الصوتية من حيث خصائص وسلوك الموجات الميكانيكية.
ح. وصف ظاهرة الرنين في الأعمدة الهوائية.
م 1- 12- 1  طرح أسئلة لتسهيل عملية الاستقصاء ، والتنبؤ بنتائج أحداث معينة بناء على معلومات سابقة.
ج.التنبؤ بالظروف المطلوب توفرها لتحقيق ظاهرة (دوبلر – الرنين في الأعمدة الهوائية). 
م 2-12-1 تنفيذ خطوات تجربة وضبط متغيراتها.
ج.تنفيذ تجربة لتوضيح ظاهرة الرنين الصوتي.    
م 4-12-2 تبادل الأسئلة والاهتمامات والخطط والنتائج باستخدام لغة مكتوبة أو حوار شفوي أو رموز أو صور أو أشكال أو غيرها.
أ. اختيار وسائل عددية أو رمزية أو بيانية أو لغوية للعرض لتوصيل النتائج والاستنتاجات.

- قم بطرح أسئلة على الطلاب ليتعرفوا ظاهرة الرنين مثل:
-        ماذا يحدث عندما تقوم بالنفخ في قنينة مياه زجاجية؟
-        لماذا نسمع صوت صفير يخرج من أعمدة الكهرباء الحديدية عند هبوب الرياح؟
- قم بعرض شفافية تبين خطوات إجراء الاستكشاف (4).
- اطلب إلى الطلاب إجراء الاستكشاف في مجموعاتهم ثم دعهم يقوموا باستخراج النتائج ومقارنتها مع باقي المجموعات.
الاستكشاف (4): الرنين
-        الزمن المطلوب: 15دقيقة
-        حجم المجموعة: 5-6 طلاب

الإجراءات:
-        اطلب إلى الطلاب قراءة خطوات الاستكشاف بدقة.
-        أطلب إليهم عند تنفيذ الاستكشاف رفع الأنبوب ببطء.
-        اجعلهم يستمعون للصوت الصادر من الأنبوب.
-        اطلب منهم تغيير الشوكة الرنانة وملاحظة الأطوال التي يحدث عندها تضخيم للصوت.
-        اطلب إليهم قياس الأطوال التي يحدث عندها الرنين مع تثبيت الشوكة الرنانة.
-        اجعلهم يستنتجون العلاقة بين التردد والرنين.
التحليل والتفسير
1-      ظاهرة الرنين.
2-      لأن من شروط حدوث هذه الظاهرة أن تتكون عند الطرف المغلق عقدة وعند الطرف المفتوح بطن وهذا لا يتوافر إلا عند أطوال معينة تعتمد على تردد الشوكة الرنانة       وبالتالي    


3-      تتغير الأطوال التي يحدث عندها الرنين.            


مخرجات التعلم:
12–4 وصف الظاهرة الصوتية من حيث خصائص وسلوك الموجات الميكانيكية.
ز. دراسة واستقصاء الظاهرة الصوتية في مجالات الطب والصناعة و التقانة كأجهزة (الموجات فوق الصوتية، السونار،الرادار).
م 4-12-2 تبادل الأسئلة والاهتمامات والخطط والنتائج باستخدام لغة مكتوبة أو حوار شفوي أو رموز أو صور أو أشكال أو غيرها.
أ. اختيار وسائل عددية أو رمزية أو بيانية أو لغوية للعرض لتوصيل النتائج والاستنتاجات.





-        اطلب إلى الطلاب التحدث وشرح ظاهرة الصدى كمدخل لتدريس التطبيقات التي تستخدم مبادئ الصوت.
-        نظم زيارة إلى أحد المراكز الصحية القريبة لمشاهدة جهاز السونار وكيف يعمل.
-        قم بدعوة أحد رجال الشرطة ليشرح للطلاب كيف يعمل الرادار.
-        اربط بين أهمية الرادار ومبادئ السلامة المرورية.


شارك مجموعة كبيرة من العلماء والمهندسين في اختراع وتطوير الرادار. إن أول رادار استخدم موجات الراديو للكشف عن الأجسام المعدنية وتحديد مواقعها كان في 1904 م بواسطة العالم كريستيان هولسمايرChristian Hulsmey (1881م-1957م) الذي قام باستعراض كيف يمكن رصد باخرة في البحر مختبئة في ضباب كثيف، وقد حصل على براءة اختراع في نوفمبر من عام 1904م مقابل نجاحه في تطبيق هذه الفكرة. وقبل الحرب العالمية الثانية جرت تطويرات كثيرة على الرادار، وفي عام 1935م حصل العالم روبرت واتسون وات    Robert Watson-Watt (1892م-1973م)على براءة اختراع أيضا لاختراعه راداراً يستطيع أن يحدد المسافة. وقد ساهمت الحرب العالمية الثانية في أن يسعى العلماء لتطوير الرادار ليحصلوا على صور تفصيلية وحساب للمسافات أكثر دقة والعمل على تزويده بالمزيد من الإضافات التي تساعد على تثبيت الرادار على أنظمة الأسلحة الدفاعية. وبعد الحرب سعى العلماء لاستخدام الرادار في تطبيقات سلمية مثل استخدامه في مراكز التحكم في الطائرات في المطارات وفي الأرصاد الجوية وفي الأبحاث الفضائية0

   بواسطة الصدى تمكن العلماء من قياس أعماق البحار والمحيطات خاصة بعد غرق الباخرة الضخمة (تيتانيك) عام 1912م بجميع ركابها نتيجة لاصطدامها المفاجئ بجبل جليدي عائم. حيث يوضع في القسم المغمور من السفينة، مصدر للذبذبات الصوتية وتنتقل الموجات الصوتية خلال طبقة الماء،
حتى تصل إلى القاع، فتنعكس ثم تعود من حيث أتت ويسمى الصوت العائد بالصدى. ويستقبل التردد بواسطة جهاز حساس موضوع عند بطن السفينة توجد به ساعة تقيس الفترة الزمنية بين نشوء الصوت وحدوث الصدى. وبمعرفة سرعة الصوت في الماء، يسهل علينا حساب المسافة التي تفصلنا عن الحاجز الذي يعكس الصوت، أي تعيين عمق البحر أو المحيط.
اكتشف العالم الفيزيائي الفرنسي بول لانجيفين Langevin (1872م-1946م) في عام 1915م جهاز السونار وذلك لغرض اكتشاف الغواصات الألمانية.
وقد أحدث جهاز قياس الأعماق بواسطة الصدى (السونار) انقلاباً حقيقياً في عمليات قياس أعماق البحار. فقد كان استخدام الأجهزة القديمة لقياس الأعماق مشروطاً بوقوف السفينة فقط علاوة على الفترة الزمنية الطويلة، التي كانت تستغرقها العملية.حيث كان شريط القياس الملفوف على بكرة، يغطس في الماء بسرعة بطيئة(150m/min)ويلف ثانية بنفس تلك السرعة تقريباً، وكانت عملية قياس عمق قدره 3km، بهذه الطريقة، تتطلب 45 دقيقة ولكن بمساعدة الجهاز الحديث ( السونار) يمكن القيام بعملية القياس في عدة ثوانٍ والسفينة تتحرك، مع الحصول على نتائج أحسن وأدق بكثير.
وفي الأجهزة الحديثة من هذا النوع، لا تستخدم أصواتاً عادية، بل أصواتاًكثيفة منخفضة جداً، لا تستطيع أذن الإنسان سماعها، يقدر ترددها بعدة ملايين من الذبذبات في الثانية الواحدة، ويمكن أحداث هذه الأصوات بتذبذب صفيحة من الكوارتز (البيزوكوارتز)، موضوعة في مجال كهربائي عالي التردد.

        
        













         حل أسئلة الفصل

إجابة السؤال الأول:
السؤال الإجابة
1       أ
2       أ
3       ب
4       ج
5       د
6       أ
7       أ
8       ب
9       ب












إجابة السؤال الثاني:
1-
أ– لأن تردد موجات الصوت الصادر عن المرأة أكبر من تردد الصوت الصادر عن الرجل.
ب – بسبب اهتزاز جزيئات الهواء داخل الأعمدة مكونة عقدة عند الطرف المغلق وبطناً عند الطرف المفتوح .                                      
ج –يتمكن الطبيب المعالج من الحصول على صورة مجسمة ثلاثية أو رباعية الأبعاد للعضو المراد فحصه الذي يؤهله للتشخيص الدقيق ، مع إمكانية متابعة الحركات الحية داخل الجسم البشري بأبعادها الثلاثية والرباعية, كما أن هذه الموجات غير ضارة حيث إنها تعتمد على ظاهرة الصدى.كما أن المجسات فوق الصوتية لها قدرة عالية على اختراق طبقات الجسم دون إحداث ضرر بالخلايا.

2– إذا كانت السمكة تتحرك بعيدًا عن الحوت فإن الصوت الذي يسمعه الحوت سوف تكون له طبقة أقل (غليظ) أو تردد صغير، أما إذا كانت السمكة تتحرك نحو الحوت فإن الصوت الصادر منها والذي يسمعه الحوت سوف يكون ذا طبقة أعلى (حادًّا) و تردد أعلي من تردد الصوت الأصلي.

3- تجربة عملية لتعيين تردد شوكة رنانة:
المواد والأدوات: شوكة رنانة - مخبار به ماء - أنبوب زجاجي مفتوح من الطرفين – حامل- مسطرة
الإجراءات
- نضع الأنبوب الزجاجي داخل المخبار المدرج ونغمره في الماء.
- نطرق الشوكة الرنانة المجهولة التردد ونقربها من فوهة الأنبوب .
- نرفع الأنبوب إلى الأعلى حتى نحصل على الرنين الأول .
- نقيس طول الأنبوب من الفوهة إلى سطح الماء.
- باستخدام المعادلة   نحصل على تردد الشوكة الرنانة.



4-
- التنقيب عن النفط
- الرسم المساحي لطبقات الأرض .
- قياس سرعة النجوم.

5-
أ‌-       د  من خلال الشكل تلاحظ سعة عالية للموجات وتردُدًا عالياً جدًّا.
ب‌-     د
ج-  ب
د- أ – ج


إجابة السؤال الثالث:
1-      بما أن المسافة بين الرنينين تساوي نصف طول موجي بالتالي سيحدث الرنين الأول عند  20cm  ويكون التردد : 
                                          
     
         أو بطريقة أخرى:                         
 

ثم نوجد قيمة التردد
3-  بما أنه حدث هبوط للصوت فهذا يدل على أن المصدر يبتعد عن المشاهد وبالتالي نستخدم المعادلة:    
أ- أثناء الاقتراب

ب- أثناء الابتعاد


ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق