انتشار الصوت

مؤشرات الكفاءة

...يعرف أن الصوت منمذج بموجة - يقيس سرعة انتشار الصوت في الهواء - يوظف فعل دوبلر في الحياة اليومية -

تصميم الدرس

:مقدمة : ظاهرتا انعكاس و انعراج الصوت -1 : سرعة الصوت في الهواء و في بعض األوساط المادية-2 فعل دوبلر-3فـوق ( التواترات الصوتية المسموعة و التواترات غير المسموعة -4

)و تحت الصوتية عمل تطبيقي

تمارين حلول التمارين تمارين للحل

:مقدمة

إن الصوت هو ظاهرة فيزيائية تؤثر على حاسة السمع، فعندما نضرب على وتر العـود يتولـد .إحساس بالصوت

صوت هو وسيلة االتصال األولى في حياة اإلنسان االجتماعية عن طريق اللغة و حتى الحيوانات إن ال .في حاجة إلى الصوت للتواصل بطريقتها الخاصة

عندما يصل الصوت إلى اآلذان ، يعمل على اهتزاز طبلة األذن وتتحول هـذه االهتـزازات إلـى .ى المخ الذي يقوم بترجمتها إلى أصواتنبضات كهربائية تنتقل خالل العصب السمعي إل

.الخ...نسمع يوميا أصواتا مختلفة منها الكالم، أصوات الحيوانات، الموسيقى، الضجيج، . يحدث الصوت عندما يكون هناك اهتزاز للمادة، فينتشر في الوسط المادي المحيط بهذا المصدر

عند الحيوانات هناك أعضاء مكافئة لها تحـدث ، يكون هناك اهتزاز للحبال الصوتية، و م عند الكال .االهتزاز كالحويصالت الهوائية أو احتكاك األجنحة، و غيرها

وتترجمها إلى اإلحساس بالـصوت عـن األصوات إن اإلنسان مزود بحاسة السمع التي تلتقطها .طريق األذن و الدماغ

.الرسم الموالي هو مقطع ألذن اإلنسان مع كل البيانات

.في الرسم التالي نالحظ كيف يدخل الصوت إلى األذن

مصادر اصطناعية مثل اهتزاز و.. هناك مصادر طبيعية للصوت مثل صوت الرعد، كالم اإلنسان،

...الهواء عند النفخ في الصفارة، أو البوق .كما أن هناك وسائل لتوصيل الصوت مثل قضيب معدني، مجس الطبيب

: و انعراج الصوت ظاهرتا انعكاس-1

: نمذجة الصوت بموجة-1-1

إن فكرة كون الصوت ظاهرة موجية هي فكرة قديمة حيث أن مهندسا معماري روماني في بدايـة "أمواج الماء التي تتحرك موجة بعد موجة"التاريخ الميالدي قارن الصوت بـ

:1تجربة

.GBF (amplifié(منخفضة نغذي مكبر الصوت بواسطة مولد التواترات ال . حتى يكون لغشاء مكبر الصوت حركة واضحة و مرئيةGBF نضبط تواتر اإلشارة التي يعطيها

يصبح مكبر الصوت هذا جهاز إرسال، و نضع في الجهة المقابلة له مكبر صوت آخر نعتبره جهاز .استقبال

:األسئلة هواء ؟كيف نكشف عن وجود موجة صوتية تنتشر في ال -1 ما هو مصدر الموجة ؟ -2

هل الموجة الصوتية هي موجة تنتشر طوليا أم عرضيا ؟ -3

:التحليل .نشاهد حركة غشاء مكبر الصوت الثاني دليل على انتشار الصوت -1 .إن مصدر الموجة الصوتية هذه هو حركة غشاء مكبر الصوت األول -2

د على مستوى الغشاء متبوعـا إن التشوه الذي يعطيه المصدر هو انضغاط للهواء المتواج -3 .بتمدد الهواء

.نستنتج أن الموجة الصوتية تنتشر طوليا

:2تجربة .نضع شمعة مشتعلة أمام مكبر الصوت

.نشغل مكبر الصوت

. اضطراب أفقي للهب الشمعة:المالحظة

:نتيجة

الصوتمكبر

إن الصوت هو عبارة عن موجة تنتج عن االضطراب الميكانيكي لسطح السائل أو الوسط .الصلب و تنتشر بفعل مرونة الوسط على شكل موجات طولية

:مالحظة

.انتشار موجة طولية على طول نابض إن انتشار الموجة الصوتية في الهواء يشبه

. تمدد– إن أجزاء الهواء مثل حلقات النابض يحدث للبعض تلو البعض انضغاط

الصوتية الموجة انتشار

الصوتمكبر

انضغاطمنطقة تمددمنطقة

انضغاط تمدد

: انتشار الصوت في األوساط المادية المرنة-1-2

إن الصوت الصادر عن منبع صوتي ال يأتي مباشرة إلى األذن، فمثال نشاهد ارتطام مطرقة الحداد .ة حديد قبل سماع الصوت الناجم عن هذا االرتطامبقطع

من مصدر انتشار الصوت، تنبعث موجة متقدمة لها كل مميزات األمواج المادية التي رأيناها فـي

. السابقةالمحاور

هل يحتاج الصوت إلى وسط مادي لالنتشار ؟ :نشاط .نشغل جرس منبه، و نضعه تحت ناقوس زجاجي -1

:مالحظة

.مع صوت الجرسنس .بواسطة مضخة لتفريغ الهواء) جعل الفراغ داخل الناقوس(نفرغ الناقوس من الهواء -2

الهواء وجود

:مالحظة

.ال نسمع صوت الجرس .نمأل األنبوبة بغاز مثال األكسجين أو الهيدروجين -3

:مالحظة

.نسمع صوت الجرس

:نتيجة

.ارجي كيف يتخاطب الرواد في الفضاء الخنا الحظو

.ال ينتشر الصوت في الفراغ .الصوت موجة ميكانيكية تنتشر في األوساط المادية

هواء، ينتشر الصوت على شكل تغير في الضغط الناتج عـن المـصدر في وسط قابل لالنضغاط ، غالبا ال .الصوتي

.عند انتشار الموجة الصوتية، تهتز جزيئات الوسط في مكتنها و حول موضع توازنها دون انتقال المادة .يصاحب انتشار الموجة الصوتية انتقال للطاقة التي تحول إلى الوسط الخارجي

:لموجة و هي المسافة التي تقطعها الموجة خالل الزمن الدوري ، حيثتتميز الموجة الصوتية بطول ا

fVT.V

إنهم بحاجة إلى أجهزة الالسلكي للتخاطب ألن أصواتهم ال تستطيع االنتقال في الوسط المحيط بهم ، .حيث الغالف الجوي متناهي الصغر وال يصلح لنقل األصوات مباشرة

كما بينت التجارب أن الصوت ينتشر في السوائل مثل الماء بكل سهولة، كما ينتشر في األجسام الصلبة .لغازاتو في ا

أن انتشاريعد سماعنا لألصوات التي تصل إلى آذاننا عبر الهواء الدليل على . )الهواء(في الغازات يحدث الصوت

.ن الصوت ينتشر عبره بشكل جيد أدرك نسبح تحت الماء ، نعندما وهذا ). الحديد سكة ( هتزاز قضبان سكة القطار اعند اقتراب القطار من محطة ما ، يمكننا أن نستمع

. الصلبةاألجسامدليل على انتشار الصوت في

: اإلشارة الصوتية-1-3 اإلشارة الصوتية هي موجة صوتية ، يمكن التقاطها باستخدام مستقبل صوتي، و إظهارها على شاشـة

.راسم االهتزاز المهبطي

، تتميز بالدور و التـواتر و y = f(t)إن بيان اإلشارة الصوتية الذي نراه على الشاشة هو دالة زمنية

.السعة :إن اإلشارات الصوتية تكون على أشكال، منها

و هو صوت غير منتظم و غير دائم و بيانه يكون كيفيا، ليس له دور و سـعة ) Bruit: (الضجيج .ثابتين

...الطرق، االنفجار ، االصطدام ، : مثل

:نو هو منتظم و دوري و يكو) Son: (الصوت .إما متناوبا، حيث له دور و لكن سعته غير ثابتة

الصوت ( إما جيبيا على شكل دالة جيبية في الزمن، له دور و سعة ثابتان ).النقي

: انعكاس الصوت -1-4

. سطحا عاكسا انعكاس الصوت هو ارتداد الموجات الصوتية عندما تقابل صال بين وسطين مختلفين، فإنه يرتد نحو الوسط الذي انتشر منـه، عندما يالقي الصوت سطحا فا

أو ينعكس في اتجاه محدد حـسب للصوت، كل االتجاهات، و يصبح كمصدر جديد فيفينتثر أي يتجه .زاوية الورود

ثانية تسمى ظاهرة انعكـاس الـصوت ينعكس الصوت على األسطح الصلبة وعندما يعاد سماعه مرة

.بالصدى

Echo لصدىا -أ .هو ظاهرة تكرار سماع الصوت الناشيء عن االنعكاس

: شروط سماع صدى الصوت 0,1عند وصول الصدى لألذن قبل مضي ولذلكs 0,1اإلحساس بالصوت في األذن البشرية يستمر

s0,1تميزه ولكن إذا وصل بعد مضي فإنه يمتزج بالصوت األصلي وبالتالي ال يمكنs فإن الـصدى .m 17عندها صدى لسطح عاكس هي مسافة قل مسافة يحدثأمع ولذلك فإن يس

)سنرى ذلك في ما سيأتي من المحور ( V = 340 m/sبما أن سرعة الصوت

m17 المسافة نإذ2

1,0340 ذهابا وإيابا

: قانونا االنعكاس

زاوية االنعكاس = ورودزاوية ال

تقع جميعا في مستو ورودالمنعكس والعمود المقام من نقطة ال والشعاع الصوتيواردالشعاع الصوتي ال .العاكس واحد عموديعلى السطح

:تعريف

.اتجاه انتشار الموجات الصوتية هو المستقيم الذي يدل على: الشعاع الصوتي قاعات الحفالت يأخذون بعين االعتبار ظاهرة الصدى، فأجزاء من القاعة تصنع يجهزون إن الذين

بحيث يكون لها خاصية امتصاص الصوت حتى ال يحدث التداخل بين األمواج و أجزاء أخرى على الصوت الصادر عن المصدر إلى بعض المناطق من القاعة و ذلك حتى يصل الصوت س كالعكس تع

.إلى كل أنحاء القاعة بصورة متجانسة :مثال

و هكذا يحدد الخفاش هذا عكس على الحاجزنو التي ت) فوق سمعية( إن الخفاش يصدر أصواتا .الحاجز

.و تضخيم التنفس كاس الصوتية لسماع يستعمل ظاهرة انع) Stéthoscope( إن مجس الطبيب

: تطبيقات ظاهرة انعكاس الصوت- ب )SONAR) Sound Navigation Ranging: السونار

يعتمد مبدا السونار على التقاط الصوت الذي ينتشر في الماء من مصادر مختلفة مثال صادرا من ... .معات األسماك، البوارج البحرية، الغواصات أو منعكسا من حواجز داخل مياه البحار مثل مج

و ذلك بمعرفـة سـرعة ) الغواصة أو قعر البحر (و الهدف ) السونار(يتم تقدير المسافة بين المصدر .انتشار الصوت و مدة االنتشار ذهابا و إيابا

Echographie: اإليكوغرافيا

ء اإلنسان الداخلية مثل الجنين اإليكوغرافيا هي تقنية تستعمل في التشخيص الطبي ألخذ صورة ألعضا .في رحم األم

يصدر الجهاز صوتا في المجال فوق السمعي من قلم خاص يوجهه الطبيب، و ينعكس هذا الـصوت، .يتم تحليل اإلشارة الصوتية في الحاسوب للحصول على الصورة

.Sismographie: السيسموغرافيافيزياء و التنقيب عن البترول و ذلـك الستكـشاف السيسموغرافيا هي تقنية تستعمل في المجال الجيو

.الجيوب البترولية و الغاز و الماء و المعادن وكشف الزالزلتعتمد هذه التقنية على نفس مبدأ الصدى حيث يرسل الصوت الناتج عن انفجار يحدث في نقاط علـى

ـ د طبقـة ذات سطح األرض في منطقة واسعة، فينتشر على طبقات األرض و ينعكس في كل مرة يج .طبقة مختلفة

يستقبل الصوت المنعكس و يلتقط بواسطة أجهزة حساسة مسجلة لهذه اإلشارات الصوتية، مثـل التـي .تستخدم في رصد الزالزل الطبيعية

تحلل اإلشارة الصوتية الملتقطة بالحاسوب للتعرف على طبيعة و شـكل الطبقـات الـصخرية و مـا .تحتجزه

.Absorption: االمتصاصندما ينتشر الصوت على مسافات بعيدة أو يجتاز أوساطا مادية مختلفة، فإن هذه األخيرة تمتص جزءا ع

.من الطاقة التي تحملها الموجة الصوتية، و يحدث تناقص للشدة أو لسعة االهتزاز . البعيدة أو تلك التي تأتينا من خلف جدارتلذا ال نسمع جيدا األصوا

.سب طبيعة المادة و المسافةو تتفاوت درجة االمتصاص ح :من بين تطبيقات ظاهرة االمتصاص

استخدام العوازل الصوتية في المنشآت والمنازل و قاعـات العـرض لتجنـب .الضوضاء من الوسط الخارجي

:و تستعمل لهذه العملية موادا مثل البوليسترين المهوى، الذي يوضع بين الجدران .رغة من الداخلالنوافذ الزجاجية المضاعفة و مف .الزجاج الليفي .القماش و اإلسفنج الصناعي لتغطية الجدران الداخلية

: الصوتانعراج -1-5

[ تها فتحة ضيقة بالنسبة لطول موجمنانحناؤها عند مرورها هو تغير في مسار الموجة أو :نعراجاال . افة حادة في نفس الوسط أو عند مرورها بحةالفتحة مقاربة لطول الموجد أي عندما تكون أبعا

:نعراج تفسير اال

ـ عند سقوط الموجات الصوتية على حاجز به ثقب ن فـإ ،لـصوت ا ةاتساعه أقل من طـول موج تمتص أو تنعكس ولكن ينتج عند الثقب اضطراب ،ةأو الحافعدا الثقب ،الموجات الساقطة على الحاجز

مخروط أو مروحة وهذا يفسر سماع صـوت شكلالصوتية في خلف الحاجز يسبب انتشار الموجات .شخص خلف الحاجز

:انعراج للصوت من أجل فتحات مختلفة

: سرعة الصوت في الهواء و في بعض األوساط المادية-2

. يقطعها الصوت في الثانية الواحدة عند انتقاله في وسط معين سرعة الصوت هي اإلزاحة التي

:1تجربة

، و نوصلهما d = 2,20 mنضع ميكروفونين يبعدان عن بعضهما مسافة

نقوم بإصدار صوت حاد و قصيرا في نقطة تقع على إستقامة. إلى الحاسوبنـسجل اإلشـارات ) Carte d'acquisition de l'ordinateur(بواسطة جهاز خاص . الميكروفونين

.C°23على الحاسوب ، فنتحصل على الشكل السابق حيث تكون درجة حرارة المخبر هي

:التحليل تولد بين طرفيه توترا، ثم تصل t1 عندما تصل الموجة الصوتية إلى الميكروفون األول في اللحظة

.بين طرفيه توترا و تولد كذلك t1 + tإلى الميكروفون الثاني في اللحظة .tإن الفارق الزمني بين اإلشارتين هو

، ثم نستنتج بعـد ذلـك سـرعة d الالزمة لكي تقطع الموجات الصوتية لقطع المسافةtنقيس المدة .الصوت

tdV

:من بيان اإلشارتين، نقرأt1 = 1,234 ms ، t1 + t = 7,69 ms

:tنحسب t = 7,69 – 1.234 = 6,456 ms

s/m340 V

s/m 340 456,620,2V

:نتيجة

:2تجربة

.C°0 نعيد نفس التجربة السابقة تحت ضغط جوي عادي و عند درجة حرارة قيمتها . V = 331 m/s: نقيس سرعة الصوت في الهواء هي

:نتيجة

.و األجسام الصلبة إن سرعة الصوت في الغازات تكون أقل منها في السوائل أ :C°20 بعض سرعات الصوت في

: هيC°23إن سرعة الصوت في الهواء و في درجة الحرارة V = 340 m/s

.رعة الصوت تتعلق بدرجة الحرارةإن س .إن سرعة الصوت في الهواء تتزايد بتزايد درجة الحرارة

المواد الفراغ الرمل الجاف الهواء الهليوم الهيدروجين الماء

1500 1230 970 340 10-300 0 V (m/s)

المواد غليسيرين الجليد النحاس اآلجر الخشب

3800 3700 3600 3200 2000 V (m/s)

المواد الذالفو األلمنيوم الزجاج الغرانيت

6000 5300 5100 5000 V (m/s)

:مالحظة

حيث ) William Derham( من طرف وليام درهام 1708لقد قيست سرعة الصوت عام استطاع حساب زمن انتشار صوت مدفع على بعد ابتداء من لحظة رؤيته لشرارة االنفجار

.إلى غاية سماع دوي هذا االنفجارتية تتعلق بطبيعة و حالة الوسط الذي تنتشر فيه و ال تتعلـق إن سرعة انتشار الموجة الصو

.بسعة االهتزاز

. يحدثان في وقت واحدأنهمانرى وميض البرق قبل سماع الرعد مع .ة ماسورتهنسمع عن بعد صوت المدفع بعد رؤيتنا اللهب يخرج من فوه سكة ( سكة القطار يمكننا أن نستمع الهتزاز قضبان عند اقتراب القطار من محطة ما

هذا .قبل أن نتمكن من مشاهدة القطار او سماع صوته عبر الهواء أثناء قدومه). الحديد على أن سرعة انتقال الصوت في يدل كذلك يدل على انتشار الصوت في األجسام الصلبة و

) .الغازات ( األجسام الصلبة أكبر من سرعته في الهواء

فعل دوبلر-3 عام ) Christian Doppler" (كريستيان دوبلر"د توصل إلى هذا الفعل الفيزيائي النمساوي لق

لذلك فهو يسمى في بعض . 1848عام ) Hippolyte Fizeau" (إيبوليت فيزو"كما اقترحه . 1842 .فقط" فعل أو ظاهرة دوبلر"و في أحيان أخرى يدعى " فيزو–دوبلر "األحيان فعل

بين تواتر الموجة الصادرة والموجة المستقبلة عندما يكون décalageلفارق يعبر فعل دوبلر عن ا .جهاز اإلصدار و جهاز االستقبال في حالة حركة بالنسبة لبعضها البعض

و يظهر فعل دوبلر كذلك عندما تعكس موجة على جسم في حالة حركة بالنسبة للجهاز اإلصدار .أو جهاز االستقبال

:نأخذ مثاال اإلسعاف، يختلف ةإن فعل دوبلر يفسر بأن ارتفاع صوت محرك سيارة أو صفارة إنذار سيار

، أو كون )أي الجهاز الصادر يكون ثابتا بالنسبة للمستقبل( بالنسبة لمراقب بحسب كونه متواجدا داخلها ).غليظايصبح الصوت (أو السيارة تتباعد عنه ) يصبح الصوت حادا(السيارة تتقرب من المستقبل

اإليكوغرافيا ، الفحوصات ( يستعمل فعل دوبلر لقياس السرعة بالرادار و في الفحوصات الطبية ...)القلبية،

:التفسير الفيزيائي

عندما يقترب منبع صوتي من مراقب يحدث انضغاط لألمواج الصوتية، و يـصبح طـول

.ون الصوت الصادر أكثر حدةالموجة قصيرا و يكعندما يبتعد منبع صوتي من مراقب يحدث تمدد لألمواج الصوتية، و يصبح طول الموجـة طـويال و

.يكون الصوت الصادر أكثر غلظة

:1مثال

ثوان تصل 10إذا فرضنا بأنه خالل كل . نفرض وجود شخص واقف في الماء على شاطئ البحر شى هذا الشخص مرة ثم جرى مرة أخرى في اتجاه البحر، فإنه يلتقي باألمواج فإذا م . موجة إلى رجليه

. ثوان عندما يجري5 ثوان عندما يمشي، و8التي تصل إليه بتواتر أكبر، قد تكون مثال تصله في هذه جفاألموا. نفرض اآلن أن هذا الشخص يرجع إلى الخلف مشيا ثم جريا باتجاه الشاطيء

. ثانية في حالة الجري15 ثانية في حالة المشي، وكل 12د يكون مثال كل الحالة بتواتر أقل، قعلما بأن تواتر األمواج ال يتعلق بحركة الشخص بالنسبة للماء، إنما يتعلق بحركة الشخص بالنـسبة

.لجهاز إصدار األمواج

:2مثال ة عند كلما اقترابت منـا، و من المألوف لدينا أن صوت صفارة إنذار سيارة اإلسعاف يبدو أكثر حد

أكثر غلظة كلما ابتعدت عنا، و كذلك األمر في حالة قطارين يتحركان في اتجاهين متعاكـسين ، فـإن المسافر في أحد القطارين يشعر بأن صفارة القطارة اآلخر تكون أكثر حدة أثناء اقترابه منه، ثم تصبح

.أكثر غلظة أثناء ابتعاده عنه بعد أن يلتقيا

.في هذه الحالة يالحظ المراقب بأن الصوت اآلتي من السيارة يكون أكثر حدة و هو يقترب منه .نالحظ على الشكل أن األمواج الصوتية تصل إلى الشخص

أصبحت سيارة اإلسعاف قريبة جدا من المراقب، فيصبح الصوت الذي يسمعه الشخص هو تقريبا نفسه نذار السيارة الصوت الصادر عن صفارة إ

.في هذه الحالة، فإن السيارة تبتعد عن المراقب فيصبح الصوت أكثر غلظة

: المراقب ثابت و المنبع متحرك باتجاهه -3-1 bip" بيب" على شكل S يصدره منبع صوتي f يستمع إلى صوت تواتره O نفرض مراقبا ثابتا

. مقتربا من المراقبVsقل من سرعة الصوت في الهواء أv ثانية و الذي يتحرك بسرعة Tكل . مسموعين من طرف المراقبbips 2 مجال الزمن بين إصدارين متتاليين Tليكن

:العالقة بالزمن - أ

0 رقم bipإصدار

:نلخص ما سبق في الجدول التالي bip الـOالزمن الذي يسمع فيه

Bip زمن اإلصدار OSالمسافة

s

0'0 V

dt d0 t0 = 0 0

s

0'1 V

vTdTt d0 - vT t1 = T 1

........ ........ ........ .

s

0'n V

vT.ndnTt d0 – n.v.T tn = n.T n

.O والذين يسمعها المراقب bips 2 بين إصدارين للصوت 'Tنحسب اآلن المجال الزمني

0d

0t

O Sv

vTd0

Tt

O Sv

s

'0

'1 V

vTTtt'T

sVvTT'T

sVv

TT

TT'T

) ... 1(

:مالحظة ):1(، لتصبح العالقة (+)إلى اإلشارة ) -( عندما يبتعد المنبع عن المرافب ، يكفي تغيير اإلشارة

sVv

TT

TT'T

:العالقة بالتواتر - ب :، نستنتج)1(من العالقة

s

s

V.fv

f1

'f1

Vv

f1

f1

'f1

المقامات، و نجدنوحد

sV.fv

'f.f'ff

sVv

ff

ff'f

)... 2(

:مالحظة ، نستطيع أن )v << Vs( عندما تكون سرعة المنبع صغيرة جدا أمام سرعة الصوت في الهواء

:نكتب

sVv

ff

: العالقة بطول الموجة-جـ

: لديناTVs

: Tنستخرج sV

T

:، نجد)1(من العالقة

sVv'

)... 3(

:نستنتج طول الموجة المالحظة من طرف المراقب من أجل منبع صوتي يقترب من المراقب

fvV' s

:ع صوتي يبتعد عن المراقبو بالمثل، فإن طول الموجة المالحظة من طرف المراقب من أجل منب

fvV' s

:الحالة العامة المالحظة ' بصفة عامة، من أجل منبع صوتي في حالة حركة و مراقب ثابت، فإن طول الموجة

:من طرف المراقب هي

s

s

s

s

Vv1

fV.

Vv1

fvV' ∓∓∓

الصوت الصادر من المنبع و الذي يصل إلى المراقب يكون مختلفا عن تواتر’fإن تواتر الصوت .يسمى تواتر ظاهري

:تعطى عبارة هذا التواتر الظاهري

f.

Vv1

1V.

Vv1

1'

V'f

s

s

s

s

∓∓

:حيثf' = تواتر الصوت الذي يسمعه المراقب مقدرا بـHertz).( f = تواتر الصوت الصادر عن المنبع مقدرا بـHertz).( v = مقدرة بـ ) نحو المراقب(سرعة المنبعm/s.

VS = سرعة الصوت مقدرة بـm/s. .mطول موجة الصوت المسموع من طرف المراقب مقدرة بـ ='

.mطول موجة الصوت الصادر من طرف المنبع مقدرة بـ =

:مالحظة . عند االقترابvتطبق على ) -( إشارة الفوق

. عند االبتعادvتطبق على (+) اإلشارة

:ركان المراقب و المنبع متح-3-2 . نفرض مراقبا يتحرك مبتعدا عن المنبع بسرعة معينة أصغر من سرعة الصوت

: بالتعويض في النتيجة من أجل منبع متحرك مع مراقب متحرك، نجد

fvV

vVf.

Vv1

Vv1

'fs

0

s

s

0

∓∓

:حيثf' = تواتر الصوت الذي يسمعه المراقب مقدرا بـHertz).( f = مقدرا بـ تواتر الصوت الصادر عن المنبعHertz).( v = مقدرة بـ ) نحو المراقب(سرعة المنبعm/s.

VS = سرعة الصوت مقدرة بـm/s. v0 = مقدرة بـ ) نحو المنبع(سرعة المراقبm/s.

. في حالة االقترابv0 و vإشارة الفوق تطبق من أجل . في حالة االبتعادv0 و vإشارة التحت تطبق من أجل

:فعل دوبلر استعماالت -3-3

. إن لفعل دوبلر استعماالت مختلفة في حساب السرعات في الحياة اليوميةمثال بالنسبة للرادارات الموضوعة في الطرق لترصد السيارات التي تتجاوز سرعتها القيمة المسموح

.بها، فهي تستعمل قياس تأخر دوبلر لموجة منعكسة من طرف سيارة في حركة .طب خاصة في اإليكوغرافياكما يستعمل في ال

فوق ( التواترات الصوتية المسموعة و التواترات غير المسموعة -4 )و تحت الصوتية

: المجاالت الصوتية-4-1 .إن حاسة السمع عند اإلنسان ال يحس بكل األصوات

:نميز المجاالت الصوتية التالية

:تواترات الخاصة بهذا المجال هومجال ال) Infrasons: ( المجال تحت الصوتي- أ]0 Hz – 20 Hz[

و هو مجال األصوات المسموعة و التي تتحسسها أذن اإلنسان، ) Audible(: المجال السمعي - ب :و يكون مجال التواترات هو

]20 Hz – 20000 Hz[ لتواترات مجال التواترات الخاصة بهذا المجال هو كل ا ) Ultrasons (: المجال فوق السمعي - جـ

Hz 20000.ذات القيمة األكبر من .Hz 1000 و Hz 85إن اإلنسان باستطاعته أن يصدر أصواتا تواترها بين

.Hz 3840 و Hz 27البيانو يصدر أصواتا تواترها بين :اختراق حاجز الصوت -4-2

ئرات تستطيع العديد من الطان ولكعالية، أن سرعة الصوت في الهواء هي سرعة ناقد يبدو ل .من سرعة الصوتالسير بسرعة أكبر

يحدث صوت عال يشبه صوت الهواء،عندما تتجاوز سرعة الطائرة النفاثة سرعة انتقال الصوت في الموجات الصوتية التي تحدثها سرعة تصبح أكبر منة ث الطائرة النفاسرعة ذ يحدث عندها أن إالرعد،

.جدار الصوتوزت أن الطائرة تجاب عندهانقولف ،الجوفي .فإنها قد بلغت سرعة الصوت) mach 1 (1 عندما تطير طائرة على ماخ .فإنها قد بلغت سرعة تساوي مرتين سرعة الصوت) mach 2 (2 عندما تطير طائرة على ماخ

.سرعة الطائرة+ و تكون سرعة األمواج هي مجموع سرعة الصوت في الجو

إن األمواج المتولدة عن الطائرة عندما تبلغ سرعة الصوت، تصل إلى األمـواج و في هذه الحالة ف المتولدة من قبل و هكذا تتجمع الطاقة الصوتية، و عندما يصل هذا التجمع إلى أذن اإلنسان، فإنه

. دوي كبير على شكليسمع : التمييز بين األصوات -4-3 )Intensité et amplitude (: الشدة و السعة-أ

إن السعة هي ميزة مهمة للصوت و تتعلق الشدة بالسعة، فكلما كانت سعة االهتزاز كبيـرة، كلمـا .كانت شدة الصوت كبيرة

. و تعبر عن الطاقة التي تنتقل إلى جزيئات الوسط الذي ينتشر فيه الموجة . فالصوت يستطيع أن يكون ضعيفا أو قويا

. تغيرات ضغط الموجة في الهواء توافق السعة يعبر عن مستوى الشدة الصوتية بالنسبة ألذن المستمع بمقدار االستطاعة المحولة عبر سطح قـدره

).W/m2(أي واط لكل متر مربع ) m2(متر مربع .dB ، رمزها)Décibel" (الديسيبل" يقدر مستوى الشدة الصوتية بوحدة تسمى

Bel: حيث أن 101dB 1

212 توافق dB 0القيمة m/W 10. تسمى عتبة السمع و توافق الحد األدنى ألذن اإلنسان للصوت الذي تسمعه و لـيس 0dB إن القيمة

.Hz 1000إلى السكون المطلق، و هي قيمة اختيرت تجريبيا من أجل صوت تواتره .dB 4 أي حوالي 0dB إن لمعظم األشخاص عتبة سمع أكبر من

.dB 85، لكن يمكن أن تحدث لألذن أضرار انطالقا من130db إن عتبة األلم هي :بعض قيم مستويات شدة الصوت التي تؤثر على حاسة السمع

الشدة )dB(

الصوت )dB(الشدة الصوت

المكنسة الكهربائية 80 عتبة السمع 0

الكالم المرتفع 100 حفيف أوراق األشجار 10

حركة الناس في الشارع 110 الهمس 20

الموسيقى الصاخبة 120 الكالم العادي 60

الطائرة النفاثة على مقربة 140 جرس الهاتف 70

)Hauteur et fréquence (: االرتفاع و التواتر-ب

:إن تواتر الصوت مرتبط مباشرة بارتفاع الصوت، حيث أنه من أجل

).Son grave( أي منخفض صوتا غليظاتواتر صغير يوافق ).Son aigu( أي مرتفع صوتا حاداتواتر كبير يوافق

.Hz 1100 إلى Hz 85إن اإلنسان يصدر أصواتا ذات تواترات من .Hz 1500 إلى Hz 30تعطي آلة البيانو تعطي نبرات تواترها من

.kHz 25يصدر القط أصواتا حتى .kHz 35يصدر الكلب أصواتا حتى

.kHz 100ين يصدران أصواتا حتى الخفاش و الدلف :كما أن بعض الحيوانات تستعمل األمواج الصوتية ألغراض مختلفة

تستعمل الفيلة األمواج تحت الصوتية لالتصال ببعضها البعض على مسافات تقـدر بعـدة .الكيلومترات

.تتصل الدالفين ببعضها البعض باألمواج فوق الصوتية فوق صوتية حيث تستطيع بفضلها االنتقال و الـصيد فـي تصدر الخفافيش تصدر أمواجا

.الظالم الحالك

Timbre : الطابع-جـ

هو الصفة الفيزيولوجية التي تميز فيها األذن بين صوتين متماثلين شـدة و ارتفاعـا يـصدرهما ية منبعان مختلفان، كأن نتعرف على صوت شخص نعرفه دون أن نراه، أو نتعرف على نوع آلة موسيق

.من سماع تسجيل صوتها على آلة التسجيلفلكل أداة طابعها . يسمح الطابع بالتمييز بين صوت البيانو و صوت الكمان و صوت القيثارة مثال

.المميز لها ت فلو عزفنا نفس النوتة على البيانو، وعلى الكمان و على القيثارة و بنفس الحجم، سيكون لألصوا

.تر و نفس السعة لكن األصوات تختلفالثالثة نفس التوا

500 3000

)Hz(f

2000020

غليظصوت

متوسطصوت

حادصوت

هي في الحقيقة صوت مركب يتألف من عدة ةويعود ذلك إلى أن الصوت الموسيقي أو النغمة الموسيقي

.ترات و شدات مختلفةموجات ذات توا Son) (النغمة األساسية(عند تحليل صوت مركب، نجد أنه يتألف من صوت يسمى الصوت األساسي

fondamentale ( له تواترf0 و مجموعة من األصوات ذات تواترات مضاعفة للـصوت األساسـي 3f0 ; 2 f0; f0 أو مدروجات الصوت األصوات التوافقية التي تسمى )Sons harmoniques ( و هـذه

.األخيرة هي التي تحدد طابع الصوت : األمواج فوق الصوتية -4-4

الذي تنبأ بوجود أمواج فـوق صـوتية و ذلـك 1794 عام SPALLANZANI إنه العالم .بمالحظته لطيران الخفافيش

.طريقة توليد األمواج فوق الصوتية) CURIE(، اكتشف كوري 1880 و عام عمل اإلنسان األمواج فوق الصوتية إال أثناء الحرب العالمية األولى لمعرفـة مواقـع و لم يست

.الغواصات البحرية في أعماق البحار و المحيطاتفي وسط مرن، حيث أن ) Onde depression( إن الموجة فوق الصوتية هي موجة الضغط

.طاقة الميكانيكية في وسط ماديالتغير في الضغط هو الذي ينتقل وهو ما يؤدي إلى انتشار لل

:الحزمة فوق الصوتية

تستطيع الموجة فوق الصوتية االنتقال في كل اتجاهات الفضاء، و كلما ابتعدنا عن المنبـع فـوق .الصوتي، كلما كانت الشدة الصوتية ضعيفة . يوجد عدة أنواع من الحزم فوق الصوتية

:األمواج تحت الصوتية -4-5

األمواج تحت الصوتية ال يسمعها اإلنسان كما رأينا ذلك، لكنه يحس بها بواسطة القفص الصدري، .و هي تستعمل في الموسيقى اإلكترونية

. وهي معروفة أقل من األمواج فوق الصوتية ألنها قليلة االستعمال وصعبة التوليد . تستعملها الفيلة في التواصل بين بعضها البعض

و لها أصل ... هي أمواج لها أصل طبيعي كالتحوالت في الطقس، الزوابع المغناطيسية، الرياح، ...اصطناعي كاالنفجارات، الطائرات التي ال تحدث صوتا،

هي أمواج مرنة تنتشر على مسافات كبيرة وأكثرها وجودا منها تلك التي تتولد بفعل الرياح على .الجبال

عمل تطبيقي

دراسة األمواج فوق الصوتيةI- قياس طول الموجة لموجة فوق صوتية :

:نحقق التركيب التالي، حيث

E = جهاز اإلرسال R = جهاز االستقبال.

.نقوم بضبط القياسات حتى نتحصل على مخططات مستعملة بطريقة نتحصل فيها على منحنيات R و جهاز االستقبال Eنضع جهاز اإلرسال

).E قريبا جدا من Rيجب أن يكون ( هدة على راسم االهتزاز المهبطي بحيث تكون على توافق مشا .Rعين الوضعية االبتدائية لجهاز االستقبال

مسطرة

.R الموافقة النتقال dنحدد المسافة . حتى يصبح المنحنيان على توافق للمرة العاشرةRنحرك

.d و المسافة الموجة ما هي العالقة الموجودة بين طول -1 . استنتج قيمة طول الموجة-2

. عين القيم المختارة من أجل مدة المسح و الحساسية الشاقولية-3 .E عن R قارن شكل المنحنيين المشاهدة عندما يبتعد -4 .استنتج تواتر كل موجة . عين قيمة الدور لكل موجة-5

هل النتيجة . f 40 kHzة لجهاز اإلرسال هو إن الصانع يبين أن تواتر الموجة فوق الصوتي المتحصل عليها تتفق مع بيانات الصانع؟

.C°23,3 لألمواج فوق الصوتية في الهواء في v أحسب السرعة -6

و vقارن بين القيم . تمثل درجة الحرارة المطلقة للوسطT حيث T.20vsonنحدد أن vson

الهواء هو وسط مبدد لألمواج الصوتية ؟هل : خالصة-7

:التحليل : العالقة بين طول الموجة و المسافة -1

: بما أن المنحنيين على توافق للمرة العاشرة، فإن10d

cm8,8d: من التجربة، لدينا

: استنتاج طول الموجة -2

cm 88,0

cm 88,010

8,810d

. s = 5 s/div مدة المسح أو الحساسية األفقية هي -3

: الحساسية الشاقولية .YA : k = 2 V/divالمدخل .k = 0,5 V/div إلى k = 2 V/divمن :YBالمدخل

YB ، فإن السعة المشاهدة على المدخل E عن جهاز اإلرسال R عندما يبتعد جهاز االستقبال -4 .تتناقص

و جهاز االستقبال ال إن الموجة الصوتية تتخامد و بالتالي يوجد ضياع للطاقة، خالل االنتشار ف .يستلم سوى جزء من الطاقة الصادرة عن جهاز اإلرسال

T نالحظ على الشاشة أن المنحنيين لهما نفس الدور-5

s 5,249,45Tx.sT

s 5,24T :التواتر

Hz10.040,010.5,24

1f

T1f

66

kHz 40f : سرعة األمواج في الهواء-6

:القيمة التجريبية

fv

T.v expexp

vexpنستخرج f.vexp

:ت ع

s/m 35210.4010.88,0v 32exp

s/m 352vexp :القيمة النظرية

s/m 3463;23273.20v

T.20v

son

son

s/m 346vson

:المقارنة

2346

346352vv

vvv

vv

son

sonexp

2vv

.نالحظ جيدا أن القيمة التجريبية قريبة من القيمة النظرية :استنتاج

.وسط غيرمبدد لألمواج الصوتيةالهواء

II- انعراج األمواج فوق الصوتية :

: التالي1نحقق التركيب رقم

.E مقابال لجهاز اإلرسال Rنضع جهاز اإلستقبال

.Um على قوس من دائرة و نقيس سعة اإلشارة المستقبلة Rقبال نحرك جهاز اإلست-1 :إن التجربة أعطت النتائج التالية المسجلة في الجدول التالي

)°(تموضع المستقبل 26 16 6 0 -6 -16 -26

0,01 0,15 0,01 0,15 0,01 0,15 0,01 Um(V)

ما هي الظاهرة الفيزيائية المستخلصة من هذه التجربة ؟-1 . استنتاج-2قم بالقياسات من أجل عروض مختلفة للفتحة . نعيد التجربة و ذلك بوضع فتحة أمام جهاز اإلرسال -3)a = 3 cm , a = 1 cm , a = 0,5 cm.(

:التحليل . إن األمواج فوق الصوتية هي أمواج موجهة ، فهي تنتقل في مخروط ضيق-1

.الظاهرة هي ظاهرة االنعراج أنه عندما يكون عرض الفتحة من رتبة طول الموجة لألمواج فوق الصوتية، فإن الموجـة نالحظ -2

.تنعرج، و تفقد توجهها .فعرض الفتحة له أثر، حيث أنه كلما كانت الفتحة صغيرة، كلما كانت الظاهرة أكثر وضوحا

).amplifié(نالحظ أنه مع فتحة صغيرة، فإن الظاهرة تتضخم

:استنتاج

.إن وجود الفتحة يغير جهة انتشار الموجة الصوتية

تمارين

:1تمرين . من رؤيته للبرقs 3يسمع شخص صوت الرعد بعد زمن قدره

إلى ماذا يعود هذا التأخر ؟-1 . أحسب المسافة بين الشخص و موقع السحابة الراعدة-2 . s 10 بعد مدة، الحظ أن التأخر الزمني بين رؤية البرق و سماع صوت الرعد الموافق قد صار -3

ماذا تستنتج ؟ .c = 3.108 m/s ، و سرعة الضوء في الهواء V = 340 m/sتعطى سرعة الصوت في الهواء

:2تمرين

Mach" (1ماخ " ، و يصطلح على تسميتها بـ m/s 340إن سرعة الصوت في الهواء تساوي تقريبا

.هناك بعض الطائرات تتجاوز سرعتها هذه القيمة). 1 ).Mach 2 (2 أحسب قيمة سرعة طائرة سرعتها ماخ

:3تمرين

األصوات الغليظة، المتوسطة، و الحادة مع سلم التواترات : يبرز الشكل المرفق مجاالت ارتفاع الصوت

).سلم كيفي( . حدد تواترات حدود المجاالت الثالثة-1 . حدد أطوال الموجات الموافقة لهذه التواترات، إذا علمت أن سرعة الصوت هي -2 .f1 = 10 Hz , f2 = 30 000 Hل عن األصوات التي تواترها ماذا تقو-3

:4تمرين ، و على محور aيوضع المنبع أمام فتحة عرضها . منبع ضوئي نقطي وحيد اللون، طول موجته

. منهاcm 20الفتحة وعلى بعد . خلف الفتحةD = 50 cmتوجد شاشة على مسافة

:شة في الحالتين التاليتين عين عرض المنطقة المضاءة من الشا-1 nm ، a = 4 cm 600 = -أ .nm ، a = 0,1 mm 600 = -ب

يوصل مكبر الصوت بمولد . a = 3 cm نضع مكبر الصوت أمام لوحة عريضة بها فتحة عرضها -2 .f = 500 Hzمضبوط على التواتر ) GBF(للتواترات المنخفضة

.د مرورها بالفتحة ؟ برر إجابتك هل يوجد انعراج لألمواج الصوتية عن-أ إذا كان الجواب بنعم، كيف تظهر الظاهرة ؟-ب

: ماذا نشاهد عند انتقال الميكروفون-3 .باإلبقاء على نفس المسافة من الفتحة* .باالبتعاد عن الفتحة*

:5تمرين

من الخفافيش تمر فوق نعتبر مجموعة . عندما يطير الخفاش، فإن حركة جناحيه تولد صوتا في الهواءإن درجة . Hz 2000 و أن الصوت الصادر عنها في تلك اللحظة له تواتر m/s 5رأسك بسرعة

.C°20الحرارة السائدة هي : عندما تقترب الخفافيش منك، هل يكون الصوت-1

أكثر حدة كالذي فوقك ؟-أ نفسه كالذي فوقك؟-ب أكثر غلظة كالذي فوقك؟-جـ

تواتر الصوت المسموع في تلك اللحظة ؟ ما هو -2 : عندما تبتعد الخفافيش عنك، هل يكون الصوت-3

أكثر حدة كالذي فوقك؟-أ نفسه كالذي فوقك؟-ب أكثر غلظة كالذي فوقك؟-جـ

لو كنت في الفضاء، هل تستطيع سماع صوت الخفافيش أثناء انتقالها ؟-5

:6تمرين 10تكون سرعة المراقب هي . Hz 440 صوت ثابت يصدر صوتا تواتره ينتقل مراقب بالنسبة لمنبع

m/s 3 و سرعة الصوت في الهواء m/s 345. ما هو تواتر الصوت الذي يسمعه المراقب إذا اقترب من المنبع؟-1

ما هو تواتر الصوت الذي يسمعه المراقب إذا ابتعد عن المنبع؟-2

:7تمرين

.Dيبعد الشخصان عن بعضهما البعض مسافة . وتيريد شخصان قياس سرعة الصيفجر الشخص األول مفرقعة و يشغل الثاني الكرونومتر عندما يرى وميض االنفجار، ثم يوقفه عنـدما

.t∆يسمع صوت ا األخير بعد مدة قدرها ونة و يسجالن النتائج المد عدة مرات، وفي كل مرة يقومان بنفس التجربة Dيغيرالشخصان المسافة

:في الجدول التالي

1200 1000 800 600 500 400 D (m)

3,52 2,93 2,55 1,96 1,67 1,17 ∆t (s)

هل يرى وميض االنفجار مباشرة بعد عملية االنفجار ؟-1 ما هو شكل المنحنى المتحصل عليه؟. D = f(∆t) ارسم المنحنى -2 . هل يمر المنحنى من المبدأ ؟ برر-3 .ن استنتاج سرعة الصوت ؟ أحسب قيمة هذه السرعة هل من الممك-4

. c = 3.108 m/sيعطى سرعة الضوء في الهواء

:8تمرين 1,6.104لكي تتصل الدالفين فيما بينها فإنها تصدر أمواجا فوق صوتية ذات تواترات محصورة بـين

Hz 10.104 و Hz. .km/h 5,7.103ر تكون تقريبا إن السرعة المتوسطة لألمواج فوق الصوتية داخل ماء البح

ما هي طبيعة األمواج فوق الصوتية ؟-1 ما هو مجال طول الموجة لألصوات الصادرة عن الدالفين ؟-2

:9تمرين

إن الدلفين من الثدييات، فهو مثل اإلنسان يسمع أصواتا لها تواتر محصور في المجال السمعي، أي بين 20 Hz 20 و kHzك على إصدار و استقبال أصوات فوق صوتية تسمح له بالتموقع ، وهو قادر كذل

.بفضل الصدى) معرفة المكان( ما هو مجال تواتر األمواج فوق لصوتية ؟-1 من أجل دراسة األمواج فوق الصوتية الصادرة عن الدالفين، لدينا جهاز إصدار و جهازي استقبال -2

توضع األجهزة . d = 12 mmما البعض مسافة لألمواج فوق الصوتية و اللذان يبعدان عن بعضه .الثالثة داخل حوض مملوء بالماء

نستعمل راسم اهتزاز مهبطي و الذي يسجل . يصدر جهاز اإلصدار موجة فوق صوتية متقدمة و جيبية اإلشارات الملتقطة من طرف كل جهاز استقبال، و يكون

.جهاز االستقبال األول أقرب إلى جهاز اإلصدار :على البيان التالينتحصل

. عين تواتر األمواج فوق الصوتية-أ ) 2( ما هو التأخر الزمني الذي يمثله التقاط األمواج بالنسبة لجهاز االستقبال الثاني -ب .بالنسبة لألول . استنتج سرعة األمواج فوق الصوتية في الماء-جـ . عرف ثم أحسب طول الموجة لألمواج فوق الصوتية-د

:10ن تمريإن الدالفين ال تصدر األمواج فوق الصوتية بصفة مستمرة لكن على شكل نبضات فوق صوتية قصيرة

.جدا و حادة و تمثل مجموع هذه النبضات قطارا من األمواجإن مدة و عدد النبضات المتواجدة في قطار األمواج تتعلق بالغاية من إصدارها بحسب ما إذا كان

.وقع أو البحث عن الطعامالدلفين يريد التم :يمثل الرسم التالي نموذجا لنبضة

.الرسم التالي يمثل قطار النبضات حيث كل نبضة ممثلة بخط عمودي

. قارن المدة الكلية لنبضة و المدة الزمنية بين نبضتين من القطار-1 220ضات متباعدة بـ و تكون هذه النبkHz 50 حتى يتموضع الدلفين فإنه يصدر صوتا تواتره -2

msإن التأخر في سماع صوت الصدى . و تنعكس في قعر البحر أو على الصخور و يلتقطها الدلفين ).باخرة او طعام( له معلومات تخص قاع البحر أو وجود كتلة كبيرة ييعط

.m/s 1530 من القعر هي m 10إن سرعة األمواج فوق الصوتية داخل الماء المالح على بعد المستقبلة من و يمثل الرسم التالي من أجل نفس قطار النبضات تلك الصادرة -أ

.الصدى

عين المجال الزمني الفاصل بين إصدار نبضة و استقبال صداها، علما أن هذا التأخر أصغر من المدة .بين نبضتين .ر التي يتواجد فيها الدلفين بالنسبة لقعر البحH استنتج المسافة -ب

:11تمرين

:f1'يمثل البيان التالي نوتة موسيقية تعزف بتواتر

. عرف ارتفاع الصوت-1 .f1' عين ارتفاع الصوت الموافق للنوتة ذات التواتر -2 . حدد بماذا يتعلق طابع الصوت-3

حلول التمارين

:1حل التمرين إلى ) الرعد( اللحظة، و يعود التأخر في سماع الصوت إن ظاهرتي البرق و الرعد تقعان في نفس -1

.يصل بسرعة أكبر من الرعد) البرق(أن الضوء : المسافة بين الشخص و السحابة-2

t.Vd: نعلم أن :ت ع

m 1020dm 10203340d

. نحسب المسافة الجديدة-3

m3400'dm 340010340'd

't.V'd

.قد زادت، هذا يعني أن مصدر البرق قد ابتعد عن الشخصنالحظ أن المسافة

:2حل التمرين :2حساب سرعة ماخ

. هي طائرة تبلغ سرعتها ضعف سرعة الصوت في الهواء2نعلم أن الطائرة ماخ

s/m 680'Vs/m 6803402'V

V2'V

:3حل التمرين

: تواترات المجاالت الثالثة-1 ].Hz 500 – 20[األصوات الغليظة : 1المجال ].Hz 3000 – 500[األصوات المتوسطة : 2المجال ].Hz 000 20 – 3000[األصوات الحادة : 3المجال

: أطوال الموجات-2

نعلم أن fV

:نحسب من أجل كل قيمة للتواتر قيمة طول الموجة، و نسجل النتائج في الجدول التالي

20000 3000 500 20 f (Hz)

0,017 0,11 0,68 17 (m)

: طبيعة األصوات -3

ال تنتمـي إلـى المجـال f1 = 10 Hz , f2 = 30 000 Hzنالحظ أن األصوات ذات التـواترات . السمعي . تنتمي إلى المجال تحت السمعيf1 = 10 Hzحيث

f2 = 30 000 Hzتنتمي على المجال فوق السمعي .

:4حل التمرين :ة المضاءةالمنطق عرض -1. ال يوجد انعراج للموجة الضوئية ألن عرض الفتحة لين من رتبة طول الموجةa = 4 cm من أجل -أ) = 600 nm.(

: نصف قطر البقعةLليكن

لدينا d

dDaL

:أي

mL

mL

ddDaL

14,0

14,02,0

7,010.4 2

. ، يوجد انعراجa = 0,1 mm إذا كان -ب .ية عرض البقعة المركزLليكن

mm 6L

m 10.610

5,010.6002L

aD2L

34

9

االنعراج - أ-2

.نحسب طول موجة الموجة

لدينا fV

:ت ع

m 68,0

m 68,0500340

هما من نفس الرتبة، إذن يوجد a = 3 cm و عرض الفتحة cm 68 = نالحظ أن طول الموجة .انعراج لألمواج الصوتية بواسطة الفتحة

.حة كأنها منبع صوتي تصدر أمواجا في كل االتجاهات تصبح الفت-ب

: المشاهدة-3 .عند انتقال الميكروفون على قوس من دائرة متمركزة على الفتحة، نشاهد أن سعة الموجة تبقى ثابتة-أ . باالبتعاد عن مركز الدائرة نشاهد تناقصا في سعة الموجة -ب

:5حل التمرين قك ؟ أكثر حدة كالذي فو-أ -1 : نعلم أن من أجل منبع في حركة أن-2

s

eVV1

f'f

:ت ع

Hz2030'f

Hz2030

34351

2000'f

أكثر غلظة كالذي فوقك ؟- جـ-3 : تواتر الصوت-4

.نعلم انه عندما يبتعد المرسل عن المستقبل ، فإن سرعة المرسل تصبح سالبة :إذن

Hz1971'f

Hz1971

34351

2000'f

.لا ألن الصوت ال ينتقل في الفراغ ، فهو يحتاج إلى وسط مادي لالنتقا ال نسمعه-5

:6حل التمرين : تواتر الصوت في حالة االقتراب-1

:لدينا

f.Vv1'f

s

0)... 1(

:تصبح) 1(بما أن المراقب يقترب من المنبع، فإن

f.Vv1'f

s

0

:ت ع

Hz 75,452'f

Hz 75,452440.345101'f

: تواتر الصوت في حالة االبتعاد-2

:تصبح) 1(العالقة

f.Vv1'f

s

0

:ت ع

Hz 24,427'f

Hz 24,427440.345101'f

:7حل التمرين c = 3.108( في الهواء ء نعم وميض االنفجار مباشرة ألنه عبارة عن ضوء و نعلم أن سرعة الضو-1

m/s ( أكبر بكثير سرعة الصوت في الهواء)V = 340 m/s( فالضوء ،)وميض االنفجار ( ).صوت(يصل إلينا قبل صوت االنفجار

)D = f الرسم -2 t) :

.المنحنى المتحصل عليه خطي ال يمر المنحنى من المبدأ و ذلك بسبب أخطاء القياس التي يقوم بها الشخصان خاصة الذي يقـيس -3

.تأخر بين اشتغال الكرونومتر و بين توقيفهالزمن، فالزمن صغير جدا و هناك : سرعة الصوت-4

:نعلم أنمن التمرين السابق علمنا أن السرعة تمثل معامل توجيه المنحنى الممثل لتغيرات المسافة بداللة الزمن،

aVأي :نحسب الميل من المنحنى

s/m 384a

s/m 384125,2

200680t

Da

V = 384 m/sنستنتج :8حل التمرين

: طبيعة األمواج فوق الصوتية-1نالحظ أن التواترات الموافقة لهذه األمواج ال تنتمي إلى المجال السمعي، إذن فهي أصوات غير

.مسموعة من طرف اإلنسان : مجال طول الموجة-2

A

)m(D

)s(t

2005,0

fV

1

4

3

1 10.6,110.7,5

m 10.7,5

10.7,510.1010.7,5

22

24

3

2

:9تمرين حل ال

.kHz 20 إن األمواج فوق الصوتية لها تواترات أكبر من -1 : تواتر األمواج الصادرة- أ-2

.f و بالتالي نفس التواتر Tإن اإلشارات الملتقطة لها نفس الدور T = 20 sمن الرسم، نجد

kHz f

Hz..

f

Tf

50

10510201

1

46

: التأخر الزمني بين المستقبلين-ب

s.

s...

T.

6

66

108

10810205252

: استنتاج سرعة األمواج-جـ

dV: لدينا

.Vd

: ع.ت

s/m V

s/m ..V

1500

15001081012

6

3

: طول الموجة-د

cm

m ..

fV

3

103105

1500 24

:10حل التمرين

: المدة -1 . تدريجة2,5نالحظ من الرسم أن المدة بين نبضتين من قطار النبضات هي

.ms 100ق تدريجات يواف5بما أن كل

ms

ms ,

50

505

10052

. تدريجة20 توافق 100 تدريجات، و 10في الرسم فإن نبضة واحدة تمثل :إذن مدة نبضة واحدة هي

s 50 t

s t 5020

10010

:نالحظ أن

1000

100010501050

6

3

t

.

.t

. مرة من الزمن بين رشقتين1000و منه نستنتج أن مدة النبضة أصغر بـ : المجال الزمني- أ-2

.ms 200 تدريجات توافق 10من الرسم ، نالحظ أن

ms t 200 : المسافة -ب

. هو الزمن خالل إصدار و استقبال الصدىt∆إن :، أي)ذهابا و إيابا (Hفمن أجل أن الدلفين يسمع الصدى، يجب أن تقطع الموجة مرتين المسافة

2T.VH

tH2V

ع.ت

m H

m .H

153

1532

102001530 3

:11حل التمرين : تعريف ارتفاع الصوت-1

.ارتفاع الصوت يساوي تواتر الصوت األساسي : ارتفاع الصوت-2

:لدينا

'1

'1 T

1f

'ms 28,2Tنالحظ من الرسم أن 1

Hz 440f

Hz 44010.28,2

1f

'1

3'

1

: إن طابع الصوت يتعلق بـ-3 . غمات األساسية لهعدد الن .سعات بالنسبة لألساس

تمارين

:1تمرين .عند المرور من نبضة إلى أخرى، فإن تواتر نوتة لها نفس االسم يتضاعف

للنبـضة la هـي la4، و 7 إلى 0نبضات البيانو مثال مرقمة من (Hz 880 لها تواتر la4إن النوتة ).الرابعة

ية ؟ ما هي طبيعة األمواج الصوت-1 ما هو المقدار الفيزيائي الذي تحس به طبلة األذن ؟-2أحسب طول . m/s 340 ، و تكون سرعة الصوت هي la3 يضبط الموسيقيون أداتهم على النوتة -3

.الموجة لألمواج الصوتية الصادرة ما هو العامل الذي يستطيع تغيير سرعة الصوت في الهواء ؟-4

:2تمرين موصـوالن بمـدخلي راسـم M2 و M1در عن مكبر الصوت يلتقطه ميكروفونان إن الصوت الصا

، فنشاهد منحنيين على توافق لهذا الصوت، و كل منحنى يمثل دورين، YB و YAاالهتزاز المهبطي .0,1ms/cm وقيمة الحساسية 10cmعرض الشاشة

. أحسب تواتر الصوت الملتقط من الميكروفونين-1 فـإن x1 = x2 =0فعنـدما تكـون . للميكروفونين محددتان بمسطرةx2 و x2 إن الفاصلتين -2

.المنحنيين المشاهدين يكونان على توافق لهذا الميكروفون x2 ، و نقيس الفاصلة M2 في مكانه و ننقل ببطء الميكروفون M1نترك الميكروفون

.كلما التي يكون من أجلها المنحنيان على توافق مرة أخرى :لنتائج في الجدول التالينسجل ا

nوضع رقم 1 2 3 4 5

85 68 51 34 17 x2 (cm)

. ما هي قيمة طول الموجة للموجة الصوتية التي نستطيع استنتاجها من طرف القياسات-أ ما هي سرعة الصوت في الهواء عند درجة الحرارة التي أخذت فيها القياسات ؟-ب

نحقق التوصيل براسـم االهتـزاز . Mوت يلتقطه ميكروفون إن الصوت الصادر عن مكبر الص -3 ).2و الميكروفون في المدخل 1مكبر الصوت في المدخل (المهبطي

ما هما التوتران المشاهدان على الشاشة ؟- أ ).نشاهد دورين على الشاشة (ms/cm 0,2 ما هو تواتر الصوت علما أن المسح هو - ب

:3تمرين

m/s 5 و سرعة المنبع هي m/s 10تكون سرعة المراقب . Hz 440تواتره يصدر منبع صوتا .m/s 345، كما تكون سرعة الصوت في الهواء هي

قـدره ) مراقب–منبع ( ما هو تواتر الصوت الذي يسمعه المراقب من أجل اقتراب نسبي -115 m/s؟

m/s 5قدره ) مراقب–منبع ( ل اقتراب نسبي ما هو تواتر الصوت الذي يسمعه المراقب من أج-2 ؟ m/s 5قدره ) مراقب–منبع ( ما هو تواتر الصوت الذي يسمعه المراقب من أجل ابتعاد نسبي - -3 ؟ m/s 15قدره ) مراقب–منبع ( ما هو تواتر الصوت الذي يسمعه المراقب من أجل ابتعاد نسب -4 ؟

:4تمرين علمـا بـأن . Hz 800 من منزل و يسمع العصافير تغني بتواتر m/s 1نعتبر شخصا يتقدم بسرعة

.C°20درجة الحرارة هي : هل الصوت الذي يسمعه الشخص هو-1

أكثر حدة كالصوت الحقيقي الذي تصدره العصافير ؟-أ نفسه كالصوت الحقيقي الذي تصدره العصافير ؟-ب عصافير ؟ أكثر غلظة كالصوت الحقيقي الذي تصدره ال-جـ

ما هو التواتر الحقيقي لزقزقة العصافير عندما يتوقف الشخص بالقرب منها ؟-2 نفرض أن الشخص، بعدما الحظ العصافير فترة، عاد أدراجه بنفس السرعة السابقة التي وصل -3 .بها

:هل صوت العصافير يبدو للشخص أكثر حدة من صوتها لما كان متوقفا ؟-أ ان متوقفا ؟ نفسه لما ك-ب أكثر غلظة من صوتها لما كان متوقفا ؟-جـ

:5تمرين :معطيات عددية

m/s 340 هي C°25سرعة األمواج فوق الصوتية في الهواء في

.kHz 40تواتر جهاز اإلرسال هو . عين طول موجة الموجة فوق الصوتية-1خر الذي تصل به االهتزازات إلى جهاز عين التا. من جهاز االستقبالd إن المنبع موجود على بعد -2

.االستقبال .d = 50 cmأحسب هذا التأخر من أجل مسافة

.برر إجابتك. بأي جهاز يقاس هذا التأخر بصورة جيدة و دقيقة-3 عن المنبع cm 10 في الجهة المقابلة لمنبع األمواج فوق الصوتية الذي ضبط سابقا، نضع على بعد -4

:حة مستطيلة شاقولية و عرضها قابل لتغير و هي موضوعة حسب الشكل التاليقطعة معدنية بها فت

. من الفتحةcm 40نحرك جهاز االستقبال و نجعله على مسافة ثابتة

و نسجل القيم التي تعطي التوتر األعظمي الموجب واألعظمي السالب للتوتر αنغير في قيمة الزاوية . mm 40جل عرض للفتحة قدره بين طرفي جهاز االستقبال و ذلك من أ

: نسجل النتائج في الجدول التالي

25 18 12 0 α (°)

سعة التوتر أعظمي موجب أعظمي سالب أعظمي موجب أعظمي سالب

ما هي الظاهرة الفيزيائية المالحظة في هذه التجربة ؟ هل عرض الفتحة له تأثير على - أ

هذه الظاهرة ؟ .mm 20 ثابتة، و نغير في عرض الفتحة ليصبح نترك كل المقادير في التجربة - ب

يف أي اجتاه تتغري قيمة الزاوية من أجل أول قيمة أعظمية سالبة ؟