الصوت اهتزاز ينتقل من جسيم إلى جسيم. فالهواء الخارج من فم أحدهم لا يصل إلى أذنك أبدًا: جسيمات الهواء تهتز فقط ذهابًا وإيابًا حول مكانها، وما ينتقل هو الاهتزاز نفسه. ولذلك يلزم دائمًا وسط ينقله. وفي هواء بعشرين درجة مئوية ينتقل الصوت 343 مترًا في الثانية، وفي الماء 1480، وفي الفولاذ أكثر من 5000.
يمكن الاستماع إلى هذا الفيديو أيضًا بـEnglish و Türkçe. تتوفر أيضًا ترجمة بـالعربية, Español, Français, Português و Kiswahili. اختر لغتك من رمز الترس في المشغّل، عند مسار الصوت و الترجمة.
شخص يتحدث إليك على بُعد مترين. يخرج هواء من فمه، ويصل ذلك الهواء إلى أذنك، وهذا هو ما تسمعه. الجميع تقريبًا يختار الشيء نفسه هنا، ومعظمهم يختار الإجابة الخطأ.
في سبع دقائق ترى ما هو الصوت حقًا. تتعلم أن كل مصدر صوت يهتز، وأن ذلك الاهتزاز يحتاج وسطًا لينتقل، ولماذا لا تنتقل الجسيمات نفسها بينما تنتقل الموجة الصوتية، تمامًا كموجة الجمهور في ملعب ممتلئ. ثم يأتي المستقبِل: مصدر، ووسط، ومستقبِل، وهي السلسلة وراء كل صوت سمعته في حياتك. وترى سرعة الصوت في الهواء والماء والفولاذ، ولماذا لا يهم مدى تقارب الجسيمات بل مدى قوة ارتباطها. ثم تحسب: على أي بُعد ضرب البرق، بالعلاقة v تساوي s مقسومة على t في خمس خطوات، مع قاعدة تقريبية لن تنساها.
لطلاب المرحلة الثانوية، ضمن موضوع الصوت. يطرح الفيديو سؤالًا مرتين ثم يترك صمتًا قصيرًا: فكّر فيه بنفسك أولًا، فالإجابة تأتي بعده.
في هذا الفيديو
- 0:00هل هذا صحيح؟
- 0:25كل ما يُصدر صوتًا يهتز
- 0:54الجسيمات لا تنتقل، بل الاهتزاز
- 2:10في أي اتجاه تنتقل الموجة؟
- 2:23من طبلة الأذن إلى الميكروفون: المستقبِل
- 2:55أين ينتقل الصوت أسرع: الهواء أم الماء أم الفولاذ؟
- 3:05343 و1480 وأكثر من 5000 متر في الثانية
- 4:39على أي بُعد ضرب البرق؟
- 5:06الحساب في خمس خطوات بالعلاقة v = s / t
- 5:32القاعدة التقريبية للعواصف الرعدية
- 5:45ثلاثة أشياء تذكّرها
- 6:08سؤالان تجرّبهما بنفسك
- 6:31الإجابات
الشرح كاملًا مكتوبًا
هل هذا صحيح؟
0:00شخص يتحدث إليك، على بُعد مترين تقريبًا. يخرج هواء من فمه، ويصل هذا الهواء إلى أذنك، وهذا هو ما تسمعه. هل هذا صحيح، نعم أم لا؟ خذ وقتك، فالجميع تقريبًا يختار الشيء نفسه هنا. ومعظمهم يختار الإجابة الخطأ. كل ما يُصدر صوتًا يهتز.
كل ما يُصدر صوتًا يهتز
0:27شوكة رنانة، وتر جيتار، حبال صوتية، والغشاء المهتز في سماعة هاتفك. انظر إلى الشوكة. تتحرك ذراعاها ذهابًا وإيابًا حول موضع الاتزان: خارج، راجع، داخل، راجع. هذه الدورة الكاملة مرة واحدة نسميها اهتزازة واحدة. وما دامت تهتز، فأنت تسمعها. وإذا أمسكتُها، يسود الصمت فورًا.
0:51لا اهتزاز، لا صوت.
الجسيمات لا تنتقل، بل الاهتزاز
0:54الآن على هذا الاهتزاز أن يصل إلى أذنك. ولذلك يلزمه شيء يمر خلاله، مادة وسيطة: نسميها الوسط. وغالبًا ما تكون الهواء من حولك. انظر إلى جسيمات الهواء. ذراع الشوكة تدفع الجسيمات المجاورة، فتنزاح وتصطدم بجيرانها ثم ترتد راجعة. والجيران يفعلون الشيء نفسه تمامًا.
1:21هكذا تنتقل تلك الدفعة، جسيمًا بعد جسيم، حتى تصل إلى أذنك. انتبه جيدًا الآن، فهنا يخطئ الجميع تقريبًا: الجسيمات نفسها لا تنتقل مع الموجة. إنها تهتز فقط ذهابًا وإيابًا حول مكانها. ما ينتقل هو الاهتزاز. تمامًا كموجة الجمهور في ملعب ممتلئ: لا أحد يمشي من اليسار إلى اليمين، ومع ذلك تدور الموجة حول الملعب كله.
1:52فرق واحد: في الملعب يتحرك الناس إلى أعلى وأسفل، عموديًا على اتجاه الموجة. أما في الصوت فتهتز الجسيمات ذهابًا وإيابًا على الخط نفسه الذي تنتقل عليه الموجة. هذا الاهتزاز المنتقل نسميه موجة صوتية.
في أي اتجاه تنتقل الموجة؟
2:11انظر مرة أخرى إلى ذلك الجسيم الملون. في أي اتجاه تنتقل الموجة، وكيف يتحرك ذلك الجسيم نفسه؟ هنا بالضبط يكمن الفرق عن موجة الملعب.
من طبلة الأذن إلى الميكروفون: المستقبِل
2:23في النهاية تصل الموجة إلى مكان. عندك هي طبلة الأذن: غشاء مشدود تجعله الموجة القادمة يهتز هو نفسه. يتحول هذا الاهتزاز إلى إشارة تسير عبر أعصابك إلى دماغك، وعندها فقط تسمعه. والميكروفون يفعل الشيء نفسه تمامًا، لكن الاهتزاز يتحول هناك إلى إشارة كهربائية.
2:49مصدر، وسط، مستقبِل: هذه السلسلة وراء كل صوت سمعته في حياتك.
أين ينتقل الصوت أسرع: الهواء أم الماء أم الفولاذ؟
2:56توقّع أولًا، ثم انظر. أين ينتقل الصوت أسرع، وأين أبطأ: في الهواء، أم الماء، أم الفولاذ؟
343 و1480 وأكثر من 5000 متر في الثانية
3:07في هواء بعشرين درجة، الصوت 343 مترًا في الثانية. هذا سريع، لكنه لا شيء مقارنة بالماء: فهناك يبلغ 1480. وفي الفولاذ أكثر من 5000 متر في الثانية، أي خمسة عشر ضعف سرعته في الهواء. يبدو غريبًا، فكل شيء في الفولاذ ثابت، أليس كذلك؟ لكن لهذا السبب بالذات ينتقل بهذه السرعة.
3:29فالمهم ليس مدى تقارب الجسيمات، بل مدى قوة ارتباطها ببعضها. في الفولاذ ترتبط بقوة شديدة حتى تنتقل الدفعة فورًا، كأن بينها نوابض مشدودة. في الهواء لا وجود لتلك النوابض. هناك تسبح الجسيمات بحرية وتصطدم ببعضها، فينتقل الاهتزاز بسرعة قريبة من سرعة حركة الجسيمات نفسها.
4:00وهذا أبطأ بكثير. وانتبه للوحدة، ففيها مزلق: في المواد الصلبة تُذكر السرعة غالبًا بالكيلومتر في الثانية. فـ 4,3 كيلومتر في الثانية تساوي 4300 متر في الثانية. ليست أقل من 343، بل أكبر. أمر أخير، ثم نحسب: هواء أدفأ، سرعة صوت أعلى، لأن الجسيمات في الهواء الدافئ تتحرك أسرع.
4:29فلكل سرعة صوت درجة حرارة مصاحبة دائمًا. وقيمة 343 هي عند عشرين درجة؛ وعند صفر درجة تكون 331. والآن تستطيع شيئًا لم تكن تستطيعه قبل دقائق.
على أي بُعد ضرب البرق؟
4:44تخيّل رعدًا. ترى البرق، وبعد ثلاث ثوانٍ تسمع الرعد. الضوء سريع جدًا لدرجة أن زمن انتقاله يُهمَل، فتلك الثواني الثلاث كلها للصوت. على أي بُعد ضرب ذلك البرق؟ خمس خطوات.
الحساب في خمس خطوات بالعلاقة v = s / t
5:07المعطيات: الزمن 3,0 ثانية، والسرعة 343 مترًا في الثانية. المطلوب: المسافة s بالمتر. الصيغة: v تساوي s مقسومة على t. نعوّض: s تساوي 343 في 3,0، أي 1029 مترًا. الإجابة: نحو كيلومتر واحد. وفي ذلك قاعدة تقريبية لن تنساها أبدًا:
القاعدة التقريبية للعواصف الرعدية
5:36عُدَّ الثواني بين البرق والرعد، واقسم العدد على ثلاثة، فتعرف كم كيلومترًا تبعد العاصفة عنك.
ثلاثة أشياء تذكّرها
5:45ثلاثة أشياء تذكّرها. أولًا: الصوت يبدأ دائمًا من شيء يهتز. ثانيًا: ينتقل هذا الاهتزاز عبر وسط، والجسيمات نفسها لا تنتقل معه. وثالثًا: كلما زاد ترابط الجسيمات، كان الانتقال أسرع، وبالعلاقة v تساوي s مقسومة على t تحسب ذلك. سؤالان في الختام.
سؤالان تجرّبهما بنفسك
6:10حاول بنفسك أولًا، ثم انظر الإجابة. أولًا: تضع أذنك على السكة فتسمع القطار قبل سماعه عبر الهواء. لماذا؟ ثانيًا: لماذا لا تسمع أي انفجار في الفضاء؟ فكّر قليلًا...
الإجابات
6:31أولًا: الفولاذ ينقل الاهتزاز أسرع بكثير من الهواء، لأن الجسيمات فيه مرتبطة ببعضها بقوة. وثانيًا: لا يوجد وسط في الفضاء، وبلا وسط لا شيء ينقل ذلك الاهتزاز. لا وسط، لا صوت.
أسئلة شائعة
ما هو الصوت في الحقيقة؟
الصوت اهتزاز ينتقل عبر وسط. كل ما يُصدر صوتًا يهتز: شوكة رنانة، وتر جيتار، حبالك الصوتية، والغشاء في سماعة هاتفك. وإن أمسكت المصدر توقف الاهتزاز وساد الصمت فورًا. لا اهتزاز، لا صوت.
هل تنتقل جسيمات الهواء مع الصوت؟
لا. إنها تهتز فقط ذهابًا وإيابًا حول مكانها وتمرر الدفعة إلى جيرانها. وما ينتقل هو الاهتزاز، تمامًا كموجة الجمهور في ملعب ممتلئ حيث لا يمشي أحد من اليسار إلى اليمين. وفرق واحد: في موجة الملعب يتحرك الناس عموديًا على الموجة، أما في الصوت فتهتز الجسيمات على الخط نفسه الذي تنتقل عليه الموجة.
ما سرعة الصوت في الهواء والماء والفولاذ؟
في هواء بعشرين درجة 343 مترًا في الثانية، وفي الماء 1480، وفي الفولاذ أكثر من 5000، أي خمسة عشر ضعف سرعته في الهواء. والمهم ليس مدى تقارب الجسيمات بل مدى قوة ارتباطها ببعضها. وانتبه لدرجة الحرارة: عند صفر درجة تصبح 331 مترًا في الثانية في الهواء.
لماذا لا تسمع صوتًا في الفضاء؟
لأنه لا يوجد وسط. فليست هناك جسيمات تمرر الاهتزاز بعضها إلى بعض، وبالتالي لا شيء ينتقل. لا وسط، لا صوت. وللسبب نفسه لا تسمع انفجارًا في الفضاء مهما كان كبيرًا.
كيف تحسب بُعد العاصفة الرعدية عنك؟
بالعلاقة v = s / t. الضوء سريع لدرجة أن زمن انتقاله يُهمَل، فالثواني بين البرق والرعد كلها للصوت. وعند 3,0 ثانية يكون s = 343 × 3,0 = 1029 مترًا، أي نحو كيلومتر واحد. والقاعدة التقريبية: اقسم عدد الثواني على ثلاثة فتحصل على البُعد بالكيلومتر.
في المرة القادمة: لماذا تبدو نغمة أحدّ من أخرى؟
قناة Physics with Thomas تقدّم شروحًا في الفيزياء لطلاب المرحلة الثانوية. لا توجد كلمات على الشاشة، فما تراه يعمل بأي لغة.
في هذه السلسلة
الصوت والاهتزازما تسمعه ليس الهواء الخارج من فمه6:53
التردد والسعة وحدة الصوتالأعلى ليس الأحدّ5:57
الرنين والاهتزاز المرافقالأمر في التوقيت لا في القوة6:17
النغمة الأساسية والتوافقيات ونوعية الصوتالنغمة نفسها، صوت آخر6:06
حساب نغمة عمود الهواءf تساوي v على أربعة L3:15
نبذة عني
اسمي توماس سخورمانس، ولديّ شغف بالفيزياء وبفهم لماذا تعمل الأشياء بالطريقة التي تعمل بها. ما أريده هو أن يسأل الشباب أكثر: “لماذا هذا؟” و“كيف يعمل هذا؟”، وأن أعطيهم أدوات الفيزياء بطريقة سهلة ويمكن رؤيتها.
تخرّجت عام 2003 في الفيزياء التطبيقية من جامعة دلفت التقنية. بعدها عملت أكثر من عشرين عامًا خارج التعليم: أولًا في معهد TNO للأبحاث التطبيقية، ثم في مكتب تصميم، وأخيرًا مؤسسًا لـ Proportion Global، وأعمل من خلاله على قضايا الابتكار في أفريقيا وأمريكا اللاتينية وجنوب آسيا. هذا العمل أقرب إلى الفيزياء مما تظن: لا تبدأ من الحل، بل افهم أولًا ما الذي يجري، ثم جرّب، وأخطئ، ثم انظر من جديد.
منذ ٢٠٢٦ أدرّس الفيزياء في المرحلتين الإعدادية والثانوية، وبدأت درجة الماجستير في جامعة أمستردام للحصول على مؤهلي الكامل في التدريس. هناك تعلّمت أن انتباه طالب المرحلة الثانوية الحقيقي لمادة جديدة يدوم نحو سبع دقائق. ونقطة ضعفي أنا بالذات هي الإكثار من القصص الجانبية.
من هنا وُلدت الفكرة: فيديوهات تشرح موضوعًا واحدًا بوضوح وبالصورة، ضمن تلك الدقائق السبع. أصنعها لطلابي. ثم أنشرها للجميع، لأن الشرح الجيد يجب أن يكون في متناول كل من يحتاجه، أينما كنت وبأي لغة تفكر وتتكلم.