سرعة الصوت

تعتمد سرعة الصوت على الوسط، الذي ينتقل خلاله الصوت. وخصيصتا الوسط، اللتان تحددان سرعة الصوت، هما: الكثافة وقابلية الانضغاط. والكثافة هي مقدار الكتلة الموجودة في وحدة الحجم من المادة. أمّا قابلية الانضغاط فهي مدى سهولة كبس المادة، في حيز ضيق. وكلما ازدادت الكثافة وقابلية الانضغاط، قلّت سرعة الصوت.
السوائل والأجسام الصلبة، بصفة عامة، أكثر كثافة من الهواء. ولكنها أقلّ منه في قابلية الانضغاط؛ ولذلك، فإن الصوت ينتقل بسرعة أكبر، خلال السوائل والأجسام الصلبة؛ فسرعة الصوت في الماء، مثلاً، تدنو من أربعة أمثال سرعته في الهواء، وسرعته في الفولاذ، تناهز 15 مرة سرعته في الهواء. وتقاس سرعة الصوت في الهواء، عادة، عند مستوى سطح البحر، وعند 15ْم من الحرارة. إذ أنه عند هذه الدرجة، ينتقل الصوت بسرعة 340متر/ثانية. وتزداد سرعته بازدياد درجة الحرارة، فتبلغ، مثلاً، 386متر/ثانية، عند درجة الحرارة 100ْم.
وسرعة الصوت أدنى بكثير جداً من سرعة الضوء، البالغة في الفراغ 792 299كم/ث، أي بنحو مليون مرة مقدار سرعة الصوت؛ ونتيجة لذلك، يُرى وميض البرق، أثناء العواصف، قبْل أن يُسمع صوت الرعد. وإذا راقبت نجاراً، من مسافة بعيدة، فإنك سترى مطرقته تلامس الخشب، قبْل أن تسمع صوتها.
ولعلك لاحظت، أن طبقة صوت صفارة القطار، تتدرج في العلو، والقطار يقترب؛ ويتوالى انخفاضها، بعد أن يمر القطار ويبتعد. تنتقل موجات الصوت، التي تحدثها الصفارة، بسرعة ثابتة، في الهواء، بغض النظر عن سرعة القطار. ولكن، بينما يقترب القطار، فإن كل موجة تالية، تحدِثها الصفارة، تقطع مسافة أقصر إلى الآذان؛ ولذلك، فإن الموجات تصل بمعدل أكبر، أي بتردد أكبر، فتبدو طبقة الصوت أعلى. وعندما يبتعد القطار، فإن كل موجة تالية، تقطع مسافة أطول إلى الأذن، فتصل الموجات بمعدل أقلّ، أي بتردد أقلّ، وتبدو طبقة الصوت أضعف. ويسمى هذا التغير في طبقة الصوت، الذي تحدِثه الأجسام المتحركة، تأثير دوبلر. بينما لا يتغير عمق الصوت، بالنسبة إلى مستمع في القطار.
وتطير الطائرات النفاثة، أحياناً، بسرعات تفوق سرعة الصوت، فتنتج موجات صدمية، هي اضطرابات ضغط قوية، تنشأ وتتراكم حول الطائرة، وتسفر عن ضجيج عالٍ، يُعرف باسم الفرقعة الصوتية (دوي اختراق حاجز الصوت).

شكرا