كيف يصبح الصوت أبطأ في الماء و يجعل من الصعب السمع ؟

ينتقل الصوت بشكل أسرع في الماء منه في الهواء. وتبلغ سرعة الصوت في الهواء تحت الظروف النموذجية حوالي 343 متراً في الثانية ، في حين تبلغ سرعة الصوت في الماء 1،480 متراً في الثانية. بشكل أساسي ، الصوت القياسي هو عبارة عن موجة انضغاط تتحرك على الرغم من وجود مادة. يمكنك التفكير في مادة كشبكة من الكرات الثقيلة (تمثل الذرات) موصولة بالينابيع (تمثل الروابط بين الذرات). عندما تضغط على عدد قليل من الكرات في الشبكة ، فإنها تقترب أكثر من جيرانها على جانب واحد والينابيع التي تربط الكرات وجيرانهم يضغطون. لكن الينابيع المضغوطة ترتد ، لتحل محل الكرات إلى وضعها الأصلي. في هذه العملية ، مع ذلك ، يتم دفع الكرات المجاورة ، مما يؤدي إلى ربط الينابيع بهم وضغط الجيران. تتكرر هذه العملية في أزياء الدومينو وتحصل على موجة ضغط تسافر على الرغم من شبكة الكرات. بطريقة مماثلة ، الصوت القياسي هو مجرد موجة انضغاط تتنقل عبر الذرات والسندات في مادة ما.

مع أخذ طبيعة الموجة الانضغاطية في الاعتبار ، يجب أن يكون من المنطقي أن المواد الصلبة تزيد من الصوت عند السرعات العالية. في الشبكة المجازية للكرات والينابيع ، سوف تنزلق النوابض الأكثر صلابة بشكل أسرع ، مما يؤدي إلى انتشار سريع للموجات. وبالمثل ، في المواد الحقيقية ، يؤدي الترابط الكيميائي بين الذرات إلى سرعة أكبر في الصوت. تتميز المواد غير القاسية مثل الهواء والماء بسرعات بطيئة نسبيًا للصوت ، بينما تتمتع المواد الصلبة مثل الألماس والحديد بسرعات عالية للصوت. العنصر الرئيسي هو صلابة الروابط الكيميائية المعنية وليس فقط نوع الجزيئات الموجودة. على سبيل المثال ، فإن جزيئات الماء المتجمعة في شكل ثلجي لها سرعة صوت أكثر من ضعفي السرعة في الماء السائل.

ومع ذلك ، علينا أن نأخذ بعين الاعتبار أكثر من الروابط الكيميائية (الينابيع). علينا أيضا أن نأخذ بعين الاعتبار الذرات نفسها (الكرات المجازية في الشبكة). الكرات الأكثر ضخامة لديها المزيد من القصور الذاتي للتغلب عليها ، وبالتالي يستغرق وقتا أطول للرد على دفعة من أحد الجيران. بشكل عام ، المواد الأثقل (تلك ذات الكثافة العالية للكتل) لديها سرعات أبطأ للصوت ، كل شيء آخر متساوٍ. عند تحديد سرعة الصوت في مادة معينة ، تميل صلابة المادة وكثافتها للعمل ضد بعضها البعض. في حين أن المواد الصلبة عادة ما يكون لها سرعة صوت أعلى من السوائل لأن المواد الصلبة أكثر صلابة من السوائل ، فإن هذا التعميم ليس صحيحًا دائمًا لأن الكثافة تلعب أيضًا دورًا. يمكن للسائل الخفيف والشديد (مثل الجلسرين مع v = 1900 م / ث) أن يكون له سرعة صوت أعلى من المادة الصلبة الإسفنجية الثقيلة (مثل المطاط مع v = 1600 م / ث). في حين أن الماء أكثر كثافة من الهواء ، إلا أن تيبسه يكون أكبر من الهواء لتعويض الكثافة العالية ويجعل سرعة الصوت أكبر في الماء.

لكن حقيقة أن الصوت يتنقل بسرعة في الماء أكثر من الهواء في مجرد طرح السؤال التالي: لماذا يصعب التحدث مع شخص ما تحت الماء أكثر من الهواء؟ الجواب هو أن الأزواج يبدو ضعيفا من الهواء إلى الماء. عندما تتحدث ، تقوم بذلك عن طريق بث الهواء ثم ترسل موجات ضغط عبر هذا الهواء. توفر رئتيك تدفق الهواء ، وحبال صوتك الاهتزازية والفم بصمة الموجي الصوتي المناسب على الهواء. من أجل أن يسمعك أحد ما تحت الماء ، يجب أن تنتقل الموجات الصوتية من الهواء في فمك إلى الماء المحيط بك. تواجه موجات الصوت صعوبة في الانتقال من الهواء إلى الماء ، وتنعكس معظمها في واجهة الماء والهواء بدلاً من أن تنتقل إلى الماء. إذا كانت رئتيك وممرات المسالك الهوائية لديك مملؤة بالماء ، وإذا تم ضبط أسلاكك الصوتية والرئتين للتعامل مع الماء ، فستقوم بعمل أفضل لتوليد صوت تحت الماء حيث لن تكون هناك واجهة بين الماء والهواء.