دراسة خصائص الحركة الإهتزازية

[السيد سليم]

دراسة خصائص الحركة الإهتزازية :
نشاط لتوضيح " خصائص الحركة الإهتزازية " :
1 – كون بندولاً بسيطاً ( عبارة عن ثقل مربوط بطرف خيط ) .
2 – إجذب الثقل جهة اليمين ثم إتركه بهدوء –
لاحظ : حركة الثقل يميناً ويساراً حول موضع سكونه .
3 – إستخدم ساعة إيقاف لتسجيل الزمن الذى تتكرر فيه حركة
الثقل لعدد معين من المرات ( 10 مرات مثلاً ) .
من النشاط السابق يتضح أن :
الحركة الإهتزازية ( هى حركة يحدثها الجسم المهتز على جانبى موضع سكونه أو إستقراره) وفيها تقل سرعته كلما بعدنا عن موضع السكون ، وتكون سرعته أكبر ما يمكن عند مروره بموضع السكون أثناء حركته
الإهتزازة الكاملة ( الذبذبة الكاملة ) :
[هى الحركة التى يصنعها الجسم المهتز فى الفترة الزمنية التى تمضى بين مروره بنقطة ما فى مسار حركته مرتين متتاليتين بنفس السرعة مقداراً وإتجاهاً ].
وتكتب الإهتزازة الكاملة كالآتى :[ أ ← ب ← جـ ← ب ← أ ]
مما سبق تلاحظ أن: الإهتزازة الكاملة تضمنت أربعة إزاحات تسمى كل منها " سعة الإهتزازة
» سعة الإهتزازة « : هى أقصى إزاحة يصنعها الجسم المهتز بعيداً عن موضع سكونه .
التردد (ت) : هو عدد الإهتزازات الكاملة التى يحدثها الجسم المهتز فى الثانية الواحدة
وحدات قياس التردد [اهتزازة / ثانية ] أو [ ذبذبة / ثانية ] وتسمى هيرتز( Hz ) .
مثال : جسم مهتز يعمل 100 إهتزازة كاملة فى 20 ثانية – فأحسب تردده ؟

الحل : . . . تردد الجسم المهتز =

. . . تردد الجسم المهتز = = 5 ذبذبة/ ث = 5 هرتز . الزمن الدوري= =0.2ث
الزمن الدورى ( ز) [ هو الزمن الذى يستغرقه الجسم المهتز فى عمل اهتزازه كاملة ]

الزمن الدورى =

العلاقة بين التردد والزمن الدورى ؟

مثال :إذا كان تردد جسم مهتز يساوى 10ذبذبة /ث .فكم يكون الزمن الدورى له ؟

الحل : الزمن الدورى = 0.1 ثانية .
سؤال (حل ولا تتردد)
أحسب التردد و الزمن الدورى:إذا كان عدد الاهتزازات 240أهتزازة فى الدقيقة؟

نشاط لتوضيح "المقصود بالحركة الموجية":
1-أملأ حوضاً بالماء ،واملأ قطارة بالماء، أيضاً
وأمسك بها فوق سطح الماء فى الحوض .
2-أبدأ بتنقيط الماء من القطارة فى الحوض
قطرة قطرة .
الملاحظة : تتولد مجموعة من الدوائر عند نقطة ملامسة
القطرة لسطح الماء، وتتسع الدوائر شيئاً فشيئاً باتجاه جوانب الحوض .
3-ضع قطعة صغيرة من الخشب على سطح الماء ، وأستمر فى تنقيط الماء من القطارة فى
الحوض قطرة قطرة .
الملاحظة : مازالت الدوائر تتولد وتنتشر بإتجاه جوانب الحوض ، بينما تهتز قطعة الخشب صعوداً وهبوطاً دون أن يتغير مكانها بالنسبة لسطح الماء .
الاستنتاج : جزيئات الماء ( دقائق الوسط ) لم تنتقل مع الدوائر المتولدة باتجاه جوانب
الحوض ، ولكنها تتحرك حركة إهتزازية عمودية على سطح الماء .
الاستنتاج العام : ينتقل الإضراب "الموجة" والذي حدث فى الماء نتيجة ارتطام قطرة الماء به ، وكل حركة دقائق الوسط فى لحظة ما وباتجاه معين تعرف "بالحركة الموجية" .
الموجة : [هي أضطرب يحدث في الوسط ينتقل بإتجاه معين و بسرعة معينة وتنقل الطاقة في اتجاه انتشارها ].
الحركة الموجية هى إجمالي حركة دقائق الوسط فى لحظة ما وباتجاه معين

الأمواج الميكانيكية الأمواج الكهرومغناطيسية
يلزمها وسط مادى لانتقالها
ولاتنتقل فى الفراغ
مثل أمواج الصوت- والماء
أنواعها مستعرضة –طولية لا يلزمها وسط مادى لانتقالها
وتنتقل فى الفراغ
مثل أمواج الضوء- أمواج الراديو
أنواعها كلها أمواج مستعرضة
تشمل الأمواج الميكانيكية كل من :- الأمواج المستعرضة . - الأمواج الطولية

و فيها تهتز جزيئات الوسط في إتجاه عمودي على
إتجاه إنتشار الموجة . مثال : أمواج الماء
والموجة المستعرضة : تتكون من قمم وقيعان .
و القمة :هي أقصى إزاحة لدقائق الوسط لأعلى .
و القاع :هي أقصى إزاحة لدقائق الوسط لأسفل .
الطول الموجي (ل) : هو المسافة بين قمتين متتاليتين او قاعين متتاليتين على الموجة المستعرضة

وفيها تهتز جزيئات الوسط حول مواضع سكونها فى نفس إتجاه إنتشار الموجة
والموجة الطولية تتكون من : تضاغطات وتخلخلات.
نشاط لبيان "الأمواج الطولية"
1-أحضر ملفاً حلزونياً من السلك
وعلقه أفقياً بخيوط رأسية.
2-أدفع طرف الملف الحلزوني من
اليسار إلى اليمين مثلاً .
تلاحظ تكون :
- مناطق تكون فيها حلقات السلك
الحلزونى مقتربة من بعضها البعض تسمى " تضاغطات "
ومناطق تكون فيها حلقات السلك متباعدة عن بعضها تسمى "تخلخلات" .
الاستنتاج : تتولد نتيجة للتضاغطات والتخلخلات " موجات طولية " تنتشر على طول السلك الحلزونى ، بينما تهتز حلقات السلك الحلزونى على جانبى مواضع إستقرارها وفى نفس اتجاه أنتشار الموجة دون أن تنتقل من مكانها .
العلاقة بين التردد و الطول الموجى فى الحركة الموجية
إذا كان المصدر ]ت[ ذبذبة /ثانية يصدر موجة طولها ]ل[ متراً ….
.فإن المسافة التى تقطعها هذه الموجة فى الثانية الواحدة. ( سرعة الموجة)
= عدد الموجات المتولدة فى الثانية × طول الموجة .
= التردد (ت) × ل
والمسافة التى تقطعها الموجة فى الثانية الواحدة تعرف بسرعة انتشار الموجة (ع) .
. . . سرعة انتشار الموجة (ع) = تردد الموجة (ت) × طول الموجة (ل) .
العلاقة السابقة : تعرف» بقانون إنتشار الأمواج « . وهى تنطبق على جميع أنواع الأمواج
مقارنة بين الموجات المستعرضة والموجات الطولية :
الموجة المستعرضة المـوجـة الطـولـية
٭ تهتز جزيئات الوسط في إتجاه عمودي على إتجاه إنتشار الموجة .
٭ تتكون من قمم و قيعان .
٭ طول الموجة : هو المسافة بين قمتين متتاليتين او قاعين متتاليين . ٭ تهتز جزيئات الوسط في نفس إتجاه إنتشار الموجة .
٭ تتكون من تضاغطات و تخلخلات .
٭ طول الموجة : هو المسافة بين مركزي تضاغطين متتاليين او مركزي تخلخلين متتاليين

نشاط لتوضيح "كيفية حدوث الصوت " :
1-ثبت شوكة رنانة على صندوق خشبي رنان كالموضح بالرسم .
2- علق كرة صغيرة من البللاستيك بواسطة خيط في حامــــل
(بندول بسيط) .
3- أطرق الشوكة الرنانة بمطرقة خشبية مغطاة بالمطاط او اللباد .
4- قرب الكرة المعلقة من فرعي الشوكة الرنانة اثناء إهتزازها .
تلاحــظ : إهتزاز الكرة مع إستمرارنا في سماع الصوت
5- إطراف الشوكة الرنانة مرة ثانية ثم إمسك فرعيها بيدك .
الملاحظـة : تشعر بإهتزاز فرعي الشوكة الرنانة ، ثم يتوقف الإهتزاز و ينقطع الصوت .
الإسـتنتاج الصوت ينشأ نتيجة إهتزاز الأجسام المحدثة له، وينقطع الصوت عند توقف الإهتزاز

نشاط لإثبات أن "الصوت لا ينتقل فى الفراغ" :
1- ضع جرساً كهربياً تحت ناقوس زجاجى متصل بمخلخلة هواء كما بالرسم .
2- إقفل الدائرة الكهربائية للجرس لكى يعمل .
الملاحظة : نسمع صوت الجرس واضحاً .
3- إبدأ بتفريغ الهواء من الناقوس بمخلخلة الهواء .
الملاحظة : يضعف صوت الجرس تدريجياً .
4- إستمر فى تفريغ الهواء من الناقوس لأكبر قدر ممكن .
الملاحظة : ينعدم صوت الجرس تماماً رغم أننا نراه يعمل .
الإستنتاج : الصوت لا ينتقل فى الفراغ ، ولابد من وجود وسط مادى لينتقل خلاله .

نشاط للتعرف على "طبيعة الموجات الصوتية " :
1 - خذ انبوبة زجاجية طولها حوالي ( 30 ) سم
وقطرها حوالي ( 5 ) سم و ثبتها افقياً .
2 - ضع عند احد نهايتي الأنبوبة شمعة مشتعلة
وإجعل لهب الشمعة عند فوهة الأنبوبة( كما بالرسم )
3 - إطرق شوكة رنانة ( كمصدر صوت ) وقربها من
فوهة الطرف الآخر للأنبوبة
تلاحــظ : إهتزاز لهب الشمعة متأثراً بإهتزاز فرعي الشوكة الرنانة .
التفسير : جزيئات الهواء الموجودة بين الشوكة الرنانة والشمعة تهتز عبر الانبوبة و بالتالي يهتز معها لهب الشمعة .
الإستنتاج : موجات الصوت " موجات طولية " تنتشر قي الوسط المادي على شكل نبضات من التضاغطات والتخلخلات ، تهتز فيها دقائق الوسط في نفس إتجاه إنتشارها دون ان تنتقل من مكانها -و موجات الصوت تقوم بنقل الطاقة الصوتية من المصدر المهتز إلى دقائق الوسط في نفس إتجاه إنتشارها .
س – علل يسمع الصوت من جميع الجهات ؟
جـ - لأن الصوت ينتقل في الهواء على شكل كرات من التضاغطات و التخلخلات مركزها مصدر الصوت نفسة.

1 – الموجات السمعية وهي الموجات الصوتية التي تتأثر بها الأذن و ترددها ما بين(20 ذبذبة/ ث إلى 20الف ذبذبة/ث) وتنقل الأذن تأثير هذه الموجات إلى المخ الذي يترجمها إلى أصوات و نغمات مسموعة
2-الموجات فوق السمعية :
وهي الموجات الصوتية ذات التردد العالي و التي يزيد ترددها عن ( 20 آلف ذبذبة / ث ) ويتعذر على الأذن الآدمية سماع هذه الموجات فوق السمعية .
بعض التطبيقات العلمية للموجات فوق السمعية :
1-تقدير أعماق البحار و تقدير بعد الأجسام في مياه البحر .
2-فحص لحام المعادن و المسبوكات (للكشف عن العيوب الصناعية ) .
3-تعقيم المواد الغذائية ( و ذلك بقتل البكتريا و الفيروسات ) .
4- الفحوص الطبية و تشخيص بعض الأمراض و تقتيت حصوات الكلى و الحالب .
3-الموجات دون ( تحت ) السمعية : هي الموجات الصوتية ذات التردد المنخفض و التي يقل ترددها عن ( 20 ذبذبة / ث )- ولا تستطيع الأذن ان تدرك او تتأثر بالموجات دون السمعية)
إستنتاج قانون إنتشار الأمواج في الصوت :
- المسافة التي تقطعها موجات الصوت في الثانية الواحدة تعرف " بسرعة الصوت " .

. . . سرعة الصوت (ع) =

، . . . المسافة التى تقطعها الموجات = عدد الموجات × طول الموجة (ل)

. . . سرعة الصوت (ع) = ،


. . . = التردد

(قانون إنتشار الأمواج)

ويقاس ، طول الموجة (ل) : بالمتر ، سرعة الصوت : بالمتر/ثانية
: التردد (ت) : بذبذبة / ثانيةت المختلفة لا تعطى نغمتها الأساسية فقط والتى تعتمد على طبيعة المصدر المهتز ،

الأدوات المطلوبة: لوح معدنى – حاجز من الفلين – أنبوبتان
مدنيتان متماثلتان مفتوحا الطرفين – ساعة دقاقة
( منبة ) .
الخطوات العملية :
1 - ثبت اللوح المعدنى ( يمثل سطحاً عاكساً للصوت)
وحاجز الفلين ( لمنع وصول الصوت مباشرة إلى الأذن)
رأسياً بحيث يكونا متعامدين على بعضهما دون أن يتلامسا
2- ضع الأنبوبتين المعدنيتين فى مستوى أفقي واحد على
جانبى حاجز الفلين .
3- ضع المنبه أمام الفتحة ( أ ) للأنبوبة الأولى وقرب أذنك من الفتحة ( ﺠ )للأنبوبة الثانية .
4- حرك الأنبوبه ( ﺠ ﺏ ) و هي في وضعها الأفقي يميناً و يساراً حتى تسمع اوضح صوت ممكن
5- قس الزاويه المحصوره بين محور الأنبوبه (أ ب) والعمود ( ب د ) فتكون»زاوية السقوط « وقس الزاويه المحصوره بين محور الانبوبه ( ب جـ ) و العمود ( ب د ) فتكون » زاوية الإنعكاس «
تلاحظ : أن الزاويتين متساويتان .
6- كرر ما سبق عدة مرات مع تغيير قيمة زاوية السقوط في كل مره .
تلاحظ : تغير قيمة الإنعكاس تبعاً لتغير زاوية السقوط وتساويها أيضاً .
الاستنتاج :
أولاً : أمواج الصوت عندما تقابل سطحاً عاكساً ترتد إلى نفس جهة سقوطها –
وتعرف هذه الظاهرة» بإنعكاس الصوت « .
ثانياً : أمواج الصوت تخضع فى إنعكاسها لقانونين يعرفان بقانونى الإنعكاس وهما :
1- زاوية السقوط = زاوية الانعكاس .
2- الشعاع الصوتي الساقط والشعاع الصوتي المنعكس والعمود المقام من نقطة السقوط على السطح العاكس تقع جميعاً فى مستوى واحد عمودي على السطح العاكس .
صدى الصوت : ( هو تكرار سماع الصوت الأصلي نتيجة إنعكاسه ) .
وقد يكون السطح العاكس : حائطاً أو جبلاًً أو سطح ماء أو غيره .
شروط حدوث صدى الصوت :
1- وجود سطح عاكس كبير متسع كالجبال أو الجدران أو المسطحات المائية .
2- المسافة بين مصدر الصوت والسطح العاكس لا تقل عن ( 17 ) متر علل ؟ [ لكى تكون الفترة الزمنية بين سماع الصوت الأصلى وسماع الصوت المنعكس لا تقل عن ( 0.1 ) ثانية ]

1- تقدير عمق البحار وتقدير بعد الأجسام فى مياه البحر :
تستخدم الموجات فوق السمعية ( وهى ذات ترددات عالية يزيد عن
20 ألف ذبذبة / ثانية ) لتقدير عمق البحار والكشف عن الغواصات
والجبال الجليدية فى المحيطات والبحار وفى الكشف عن أسراب الأسماك فيها .
قانون العمق :
عمق البحر ( ف ) = سرعة الصوت ×

... ف = ع ×
مثال محلول : وقف شخص فوق باخره وأحدث صوتاً في الماء فسمع صداه بعد مضي (0.5) ثانيه – فإحسب عمق هذا البحر علماً بأن سرعة الصوت في الماء 1400 متر/ ثانيه
الحل : عمق البحر = سرعة الصوت في الماء ×

= 1400 × = 350 متراً .
مسألة لك أنت (حل وما تخفشى يابوى,,)
وقف كريم فى الصحراء بين جبلين وأحدث صوتاً فسمع صداه من الجبل الأول بعد مضي (0.5) ثانيه ومن الجبل الآخر بعد (2)ثانية – فأحسب كم يكون بعد كل جبل عن كريم والمسافة بين الجبلين علماً بأن سرعة الصوت في الهواء 340 متر/ ثانيه
2- فحص لحام المعادن و المسبوكات :
حيث تسلط الموجات فوق السمعية على سطح السبيكة بإستخدام أجهزه خاصة ، ثم تقاس شدة الموجات المنعكسة عنها و بتحرك السبيكة على سير أمام هذه الموجات يمكن تحديد الأجزاء التي تحتوي على عيوب صناعيه مثل وجود فقاعات هوائية آو الأجزاء التي لم يتم لحامها جيداً ، وذلك لإختلاف شدة الموجات المنعكسه منها عن تلك الأجزاء السليمة أو جيدة اللحام .

3- تسليط الصوت او تركيز الصوت :
عندما ينعكس الصوت على سطح مقعر فإنه يتجمع في نقطه تعرف بالبؤره . وقد إستفاد علماء المسلمين قديما من خاصية إنعكاس الصوت عن السطوح المقعره لتقوية و توجيه صوت الخطيب او الإمام إلى جميع الأرجاء في المساجد الجامعه الكبيره .
ويستفاد من هذه الخاصية في المسارح عند بتاء » كشك التلقين « .
علل تستخدم أسطح مقعر فى أكشاك تلقين المسارح؟
ينعكس الصوت على السطح المقعر فيتجمع في نقطه تعرف بالبؤره (لتقوية و توجيه الصوت)
4- إستفادة بعض الحيوانات من إنعكاس الصوت : تستفيد الخفافيش و الدلافين من ظاهرة الإنعكاس في تحديد موقع الفريسه او تجنب الإصطدام بالأسطح والحواجز ليلاً
علل الخفافيش تستطيع الطيران في الظلام دون ان تصطدم بأي شئ . ؟ لإصدارها موجات فوق سمعيه تنعكس على الحواجز و يستقبلها فيحدد موقعها و بذلك يتفادى الإصطدام بها .

التلوث الضوضائي :
( زيادة مصادر الصوت العالي المزعجه من ماكينات و اجهزة و مركبات و طائرات ) و التي تؤذي حاسة السمع و ترهق الأعصاب و تعرض الجهاز العصبي للتعب و الإرهاق .
مصادر التلوث الضوضائي :
1- صراخ الأطفال و صياح الباعه المتجولين .
2- ضجيج وسائل النقل المختلفه و اجهزة التنبيه .
3- إنتشار اجهزة الإذاعه و التليفزيون في المنازل و المقاهي و رفع صوتها إلى حد الإزعاج .
4- إستخدام مكبرات الصوت في الأفراح و المأتم بدون وعي .
5- الضجيج الصادر عن ورش السمكره و المصانع المنتشره في الأحياء السكنيه .
6- الضجيج الناتج عن حفارات الطرق و هدير الطائرات النفاثه .
وحدة قياس شدة الضوضاء : تسمى ( الديسيبل ) وهو مقياس يمتد ما بين [0 : 200 ] ديسيبل ، ولكى يعيش الإنسان فى جو مناسب فإنه يجب ألا تزيد شدة الضوضاء عن [ 70 ] ديسيبل وإلا تعرض لأضرار خطيرة .

آثار التلوث الضوضائى على صحة الإنسان :
1- الضوضاء ترهق الجهاز العصبى ، وهو المسيطر على جميع أجهزة الكائن الحى ونشاطه .
2- تسبب فقد السمع ( الصمم ) الجزئى أو الكلى .
3- رفع ضغط الدم , والشعور بالصداع المستمر والإجهاد المزمن .
4- سرعة الإنفعال وعدم القدرة على التركيز
جهود الدولة للحد من التلوث الضوضائي
1- سن القوانين التى تمنع إحداث الضوضاء ( الضجيج ) فوق مستوى معين وهى ( 90 ) ديسيبل بالنسبة للشاحنات .
2- صدور القانون رقم (4 ) لسنة 1994 والذى يقنن حماية البيئة المصرية من جميع أنواع التلوث و منها التلوث الضوضائى .
3- تشديد العقوبة على سائقى السيارات الذين يستخدمون آلات التنبيه بدون وعى .
4- -نقل الورش والمصانع خارج المناطق السكنية .
5- تشجير الشوارع والميدين المزدحمة لتخفيف حدة الموجات الصوتية المزعجة .
وللمواطن دور هام للحد من التلوث :
1- الاعتدال فى رفع صوت المذياع أو التليفزيون بحيث لا يكون مصدراً للإزعاج .
2- عدم إستخدام مكبرات الصوت الجهورة فى الأفراح والمآتم خاصة فى الشوارع .
3- الحد من إستخدام آلات التنبيه إلا عند الضرورة




منقول