ما هو الصوت؟
يمكن تعريف الصوت في اللغة بأنه مفرد كلمة أصوات، وهو التأثير المسموع الناتج عن الاهتزازات التي تحدث في جسم ما.
في المصطلحات العلمية، يُعرّف الصوت كنوع من الطاقة يتولد عندما تهتز جزيئات الهواء وتتحرك ضمن نمط معين يعرف بالموجات الصوتية.
أما بالنسبة لسرعة الصوت، فهي تعبر عن المسافة التي تقطعها نقطة معينة على الموجة، وتُقاس عادةً بالمتر لكل ثانية، ويُشير لها بالرموز m/s. يمكن حساب سرعة الصوت بقسمة المسافة على الزمن.
مراحل اكتشاف الصوت
فيما يلي عرض لمراحل اكتشاف الصوت عبر تاريخ عدد من العلماء:
- يُنسب علم الصوتيات إلى العالم اليوناني فيثاغورس الذي عاش في القرن السادس قبل الميلاد، والذي أجرى تجارب عدة على خصائص الأوتار الناتجة عن ضربات الموسيقى.
- طرح أرسطو فكرة في القرن الرابع قبل الميلاد تتعلق بأن الموجات الصوتية تنتشر عبر حركة الهواء، وكان ذلك استنادًا إلى فلسفة أكثر من كونه علمًا فيزيائيًا.
- حدد المهندس الروماني فيتروفيوس، خلال القرن الأول قبل الميلاد، الطرق الدقيقة لانتقال الموجات الصوتية، وكان له أثر كبير في تصميم المسارح لزيادة فعالية الصوت.
- قدّم الفيلسوف الروماني بوثيوس خلال القرن السادس الميلادي عدة أفكار متعلقة بعلم الموسيقى، مشيرًا إلى أن الإدراك البشري للاهتزاز يرتبط بتردد الصوت.
- شهدت الدراسات الصوتية قفزة نوعية في عهد جاليليو جاليلي بين عامي 1564 و1642، حيث طوّر الدراسة حول الاهتزازات وعلاقتها بتردد الصوت.
- استمر التقدم في علم الصوت على يد عالم الرياضيات الفرنسي مارين ميرسين في عام 1636، الذي لخص أبحاثه في ثلاث قوانين تُعرف بقوانين ميرسين.
- في وقت لاحق من القرن السابع عشر، استخدم الفيزيائي الإنجليزي روبرت هوك جهازًا يشبه العجلة المسننة لتوليد موجات صوتية بترددات محددة، تم تطوير هذا الجهاز على يد الفيزيائي الفرنسي فيليكس سافارت في القرن التاسع عشر ليستخدم في المحاضرات العلمية.
- أطلق الفيزيائي الفرنسي جوزيف سوفور مصطلح الصوتيات على علم دراسة الصوت في نهاية القرن السابع عشر وبداية القرن الثامن عشر، حيث قدم دراسات مفصلة عن العلاقة بين التردد والنغمة والموجات.
- أجرى أثناسيوس كيرشر تجربة الجرس في الفراغ عام 1650، حيث أطلق نظريات خاطئة حول عدم احتياج الصوت للهواء، رغم أن تجربته أظهرت أن الوعاء المستخدم لم يكن خاليًا تمامًا من الهواء.
- استنتج العالم البريطاني روبرت بويل في عام 1660 أن الصوت يحتاج إلى الهواء كوسيلة لنقله.
خصائص الصوت
يمتاز الصوت بعدة خصائص يمكن تلخيصها كما يلي:
- طول الموجة: والذي يُشير إلى الحد الأدنى للمسافة التي تتكرر فيها الموجة الصوتية.
- سعة الموجة: وهي الإزاحة القصوى للجسيمات في الوسط الذي يتحرك الصوت من خلاله، وتستخدم السعة عادةً لقياس حجم الموجة الصوتية.
- الفترة الزمنية: تُعرّف بأنها الوقت اللازم لإصدار موجة صوتية واحدة أو دورة كاملة من الصوت.
- التردد: يُعبر عنه بعدد الموجات الصوتية التي تنتج خلال ثانية واحدة، ويقاس بوحدة الهرتز.
- سرعة الموجة: وهي المسافة التي تقطعها الموجة الصوتية في ثانية واحدة، وتقاس بالمتر لكل ثانية.
استخدامات الصوت
يستخدم الصوت في مجموعة متنوعة من المجالات في حياتنا اليومية، ومن أبرز هذه الاستخدامات:
- علاج مرض السرطان: حيث طور العلماء في مستشفى بلندن نظامًا صوتيًا يستهدف تدمير الخلايا السرطانية عن طريق تسخينها بموجات صوتية.
- غلي الماء: قام بيتر ديفي بابتكار جهاز لغلي الماء باستخدام الموجات الصوتية، حيث يغلي الماء في ثوانٍ معدودة عند تشغيل الجهاز.
- زيادة سرعة نمو النباتات: فقد أظهرت الأبحاث أن العزف الموسيقي حول النباتات يمكن أن يسرع من نموها بنسبة تتجاوز 20%.
- إنشاء أشكال هندسية طبيعية: حيث تؤثر الاهتزازات الصوتية الناتجة عن بعض النوتات الموسيقية على تكوين الأشكال الهندسية.
- تحديد المواقع باستخدام صدى الصوت: وهي ظاهرة معروفة لدى الدلافين والخفافيش، حيث تعتمد هذه الحيوانات على صدى الصوت للتعرف على البيئة المحيطة بها.
الخلاصة
يُعتبر الصوت موجة طولية ميكانيكية تحتاج إلى وسط مثل الهواء أو الماء أو المعادن للتنقل. يمتاز الصوت بخصائص فيزيائية تلامس طبيعة الموجة الصوتية، ورغم الانتماء الصوتي لحياتنا اليومية، فإنه يمثل شكلًا مهمًا من الطاقة التي تُستخدم في مجالات متعددة مثل التنقيب عن المعادن، والموجات فوق الصوتية، وتقليل الضوضاء وغيرها.