تبیان، دستیار زندگی

سرعت انتشار صوت در گازها از رابطه ی زیر بدست می آید:

که در آن T دمای گاز بر حسب کلوین، R ثابت عمومی گازها، M جرم مولکولی گاز، V سرعت بر حسب متر بر ثانیه و ضریب اتمیسیته گاز است.

ضریب اتمیسیته گاز به صورت نسبت ظرفیت گرمایی مولی گاز در فشار ثابت (CM_p) به ظرفیت گرمایی مولی آن در حجم ثابت (CM_v) تعریف می شود.

در این صورت هرگاه موج صوتی به صورت ایستاده در این لوله تشکیل شود در انتهای باز شکم و در انتهای بسته گره تشکیل می شود. تعداد گره ها و شکم ها برابر است در ساده ترین حالت یک گره و یک شکم در داخل لوله تشکیل می شود. د راین حالت موج ایستاده کوچکترین بسامد را دارد و طول موج آن 4 برابر طول موج لوله ی صوتی است و به این موج ایستاده «صوت اصلی» می گویند.

 مضرب های درست این صوت را «هماهنگ های صوت اصلی» می گویند.

 بسامد این صوت برابر است با :

 ملاحظه می کنید که در لوله ای که یک انتهای آن بسته است فقط هماهنگ های فرد صوت اصلی ایجاد می شود.

در این صوت هر گاه موج صوتی به صورت موج ایستاده در این لوله تشکیل شود در هر دو انتها شکم تشکیل می شود. تعداد شکم ها یکی بیشتر از گره ها است. در ساده ترین حالت دو شکم و یک گره در داخل لوله تشکیل می شود. در این حالت موج ایستاده کوچک ترین بسامد را دارد و طول موج آن 2 برابر طول لوله ی صوتی است و به آن صوت اصلی می گویند.

هماهنگ های دیگر این صوت با تعداد گره های بیشتر تشکیل می شوند.(2 گره ، 3 گره، ... 8 گره)

 و بسامد این صوت برابر است با :

ملاحظه می کنید که در لوله ای که هردو انتهای آن باز است تمام هماهنگ های صوت اصلی ایجاد می شود.

با دمیدن در دهانه لوله ی صوتی نمی توان به راحتی موج ایستاده ایجاد کرد. روش مناسب و مؤثر برای ایجاد موج ایستاده ، استفاده از پدیده ی تشدید است. کافیست یک دیاپازن را در نزدیکی دهانه ی لوله ی صوتی به نوسان درآوریم. اگر بسامد نوسان درآوریم. اگر بسامد نوسان این دیاپازن با هر یک از بسامدهای طبیعی لوله ی صوتی برابر باشد، تشدید رخ خواهد داد و موج ایستاده با بسامد مورد نظر در لوله ی صوتی ایجاد می شود.

چشمه صوتی S را در نظر بگیرید که موج های صوتی را در فضا منتشر می کند. فرض کنید انرژی E در زمان t به سطح A که عمود بر راستای انتشار صورت است برسد. شدت صوت عبارت است از مقدار انرژی ای که در واحد زمان به واحد سطح عمود بر راستای انتشار می رسد. شدت صورت را با I  نشان می دهیم و یکای آن در SI وات بر متر مربع (M2 / W) است.

شدت صوت روی کره ای به شعاع r چقدر است؟

پس شدت صوت به مجذور فاصله از چشمه ی صوت نسبت وارون دارد. یعنی با دور شدن از چشمه ی صوت، شدت صوت کاهش می یابد.

حال دو سطح کروی به شعاع های r1 و r2 را در نظر بگیرید. انرژی که در واحد زمان به سطح این دو کره می رسد یکسان است.

پس می توان نوشت :

هر چقدر انرژی صوت بیشتر باشد. گوش انسان  انرژی بیشتری دریافت می کند و صدا بلندتر شنیده می شود. اما بلندی صوت با شدت آن نسبت مستقیم ندارد و به صورت یک رابطه ی لگاریتمی بیان می شود. «تراز شدت صوت» درک انسان را از بلندی صوت بیان می کند. تراز شدت یک صوت عبارت است از لگاریتم (در پایه ده) نسبت شدت آن صوت به شدت صوت مبناء شدت صوت را با  نشان می دهند و یکای آن بل می باشد.

( ) شدت صوت مبنا است که برابر با آستانه ی شنوایی گوش سالم در بسامد 1000 هرتز ( ) می باشد.

حرکت منبع و ناظر نسبت به یکدیگر بر بسامد اثر می گذارد. هنگامی که ناظر به منبع نزدیک می شود. در هر ثانیه با جبهه موج بیشتری نسبت به جبهه هایی که چشمه تولید می کند مواجه می شود. در این صورت ناظر صدا را  با بسامد بیشتری می شنود. هنگامی که ناظر از منبع دور می شود، در هر ثانیه با جبهه موج کمتری نسبت به جبهه هایی که چشمه تولید می کند مواجه می شود در نتیجه ناظر صدا را با بسامد کمتری می شنود.

تغییر بسامدی که برای ناظر به علت حرکت چشمه و ناظر نسبت به هم ایجاد می شود اثر دوپلر نام دارد.

اثر دوپلر را می توان با رابطه ی زیر بیان کرد:

بسامد صوتی است که ناظر می شنود بر حسب هرتز(Hz)   سرعت انتشار صوت بر حسب m/s 6  سرعت ناظر بر حسب M/s،  سرعت چشمه صوت بر حسب M/s و بسامد چشمه ی صوت بر حسب هرتز (Hz) است.

در این رابطه v یعنی سرعت صوت به طرف ناظر را مثبت فرض می کنیم. علامت  و در مقایسه با v مشخص می شود. اگر یا با v هم جهت باشند مثبت و در غیر این صورت منفی خواهند بود.