١٠ عوامل فيزيائية تشرح سلوك الصوت في الصيف والشتاء
الصوت أسرع في الهواء الساخن
عند ٢٠ درجة مئوية يقطع الصوت ٣٤٣ مترًا في الثانية، وعند الصفر تنخفض إلى ٣٣١ مترًا. السبب أن جزيئات الهواء الساخن تهتز بطاقة أكبر، فتنقل الاهتزاز الصوتي بينها بسرعة أعلى.
- عند ٢٠°م:
- ٣٤٣ م/ث
- عند ٠°م:
- ٣٣١ م/ث
المصدر: سرعة الصوت
معادلة الطيارين: السرعة تتبع الجذر التربيعي للحرارة
في حسابات الطيران تُحسب سرعة الصوت بالعقد من العلاقة c=38.945√K حيث K درجة الحرارة بالكلفن. هذا يعني أن مضاعفة الحرارة لا تضاعف السرعة، بل ترفعها بوتيرة متناقصة.
- الصيغة:
- c=38.945√K عقدة
المصدر: درجة حرارة الهواء الخارجي
الهواء الحار يحمل بخار ماء أكثر
كلما زادت حرارة الهواء زادت كمية بخار الماء التي يستطيع حملها. الهواء القريب من التشبع يحمل ٢٨ غ/م³ عند ٣٠°م، بينما يحمل ٨ غ/م³ فقط عند ٨°م. لهذا يكون صيف المدن الساحلية رطبًا وشتاؤها أكثر جفافًا.
- عند ٣٠°م:
- ٢٨ غ/م³
- عند ٨°م:
- ٨ غ/م³
المصدر: رطوبة نسبية
بخار الماء يخفف الهواء
زيادة الرطوبة تؤدي إلى انخفاض كثافة الهواء. بخار الماء أخف من جزيئات النيتروجين والأكسجين التي يزيحها، فيصبح الوسط الذي يعبره الصوت مختلفًا في الكتلة والتركيب.
- التأثير:
- رطوبة أعلى تقلل الكثافة
المصدر: رطوبة الهواء
سرعة الصوت تعتمد على الوسط لا على المصدر
الصوت ينتقل في الهواء ببطء نسبيًا، ويتسارع في الماء والحديد. الأرقام نفسها تكشف أن تغيير تركيب الوسط ولو قليلًا، كما تفعل الرطوبة، يغيّر سرعة الانتشار.
- الهواء:
- ٣٤٣ م/ث
- الماء:
- ١٤٨١ م/ث
- الحديد:
- ٥١٢٠ م/ث
المصدر: سرعة الصوت
بلا وسط لا صوت
الصوت موجة ميكانيكية تحتاج وسطًا ماديًا. في ناقوس مفرّغ من الهواء لا نسمع رنين الجرس، لأن الاهتزاز لا يجد جزيئات ينقل عبرها.
- المبدأ:
- موجة ميكانيكية تحتاج وسطًا
المصدر: صوت
رقم ماخ يتغير مع حرارة الهواء
عندما تطير طائرة أسرع من الصوت، يعتمد رقم ماخ على سرعة الصوت المحلية التي تتغير مع درجة حرارة الهواء الخارجي. لذلك يستخدم الطيارون درجة حرارة الهواء بالكلفن في حساباتهم.
- المدخل:
- درجة حرارة الهواء الخارجي بالكلفن
المصدر: درجة حرارة الهواء الخارجي
المكيف يجعل الصوت أبطأ داخل الغرفة
بما أن سرعة الصوت تنخفض مع انخفاض الحرارة، فإن غرفة مكيفة أبرد من الخارج ينتقل فيها الصوت أبطأ قليلًا. الفارق صغير لكنه مبدأ فيزيائي يومي تعيشه دون أن تلاحظه.
- الفكرة:
- حرارة أقل = سرعة أقل
المصدر: سرعة الصوت
الرطوبة النسبية تفسر الإحساس بالجفاف شتاءً
نفس كمية بخار الماء تعطي رطوبة نسبية أعلى في الهواء البارد، أي أن الهواء يكون أقرب إلى التشبع. الإحساس بالجفاف في الشتاء يأتي غالبًا من انخفاض الرطوبة المطلقة أو من التدفئة الداخلية، وليس من ارتفاع الرطوبة النسبية.
- المبدأ:
- رطوبة نسبية أعلى تعني اقترابًا من التشبع
المصدر: رطوبة نسبية
الصيف والشتاء وسطان صوتيان مختلفان
في الصيف يجتمع هواء أدفأ وأكثر رطوبة وأقل كثافة، وفي الشتاء ينعكس المشهد: هواء أبرد وأجف وأكثر كثافة. هذه الفروق في درجة الحرارة والرطوبة والكثافة تجعل الهواء وسطًا صوتيًا مختلفًا بين الفصلين.
المصدر: سرعة الصوت
هل فاتنا عامل فيزيائي؟ هذه القائمة تُراجَع دوريًا، واقتراحاتكم تدخل في المراجعة القادمة.