السؤال: تقطع موجة صوتية مسافة 700 م في 2 ثانية، ما هي سرعتها؟
- الإجابة: سرعة الموجة الصوتية هي 350 مترًا في الثانية.
شرح الإجابة:
إن عالم الفيزياء يمنحنا الأدوات اللازمة لفهم الظواهر من حولنا بلغة الأرقام المنطقية. ولعل أبسط هذه الأدوات وأكثرها عمقًا هي العلاقة التي تربط بين السرعة، المسافة، والزمن. فلكي نحدد معدل حركة أي شيء، سواء كان جسماً مرئياً أو ظاهرة غير مرئية كالصوت، فإننا نقيس ببساطة المسافة التي يقطعها والزمن الذي يستغرقه في ذلك.
هذا المبدأ الأساسي هو حجر الزاوية الذي سنبني عليه فهمنا الكامل لهذه المسألة، حيث إنه المفتاح لكشف سرعة انتقال هذا الاضطراب الصوتي عبر الفضاء.
وبناءً على هذا المنطق، ننتقل إلى التطبيق الرياضي المباشر. يكمن الحل في استخدام المعادلة الفيزيائية الجوهرية: السرعة تساوي المسافة مقسومة على الزمن. عند تعويض الأرقام المعطاة في المسألة، نجد أننا نقسم 700 متر على ثانيتين (700 ÷ 2). ينتج عن هذه العملية الحسابية البسيطة رقم واضح ومحدد، وهو 350.
ولكن هذا الرقم لا يكتمل معناه إلا بوحدته، وهي متر في الثانية (م/ث). هذا يعني أن مقدمة الموجة الصوتية تتقدم مسافة 350 مترًا في كل ثانية تمر، وهو مقياس دقيق لمعدل انتشارها في الوسط الذي تنتقل عبره.
إقرأ أيضا:التبرك هو طلب المعونة ورجاؤها واعتقادها صواب خطأولنتعمق أكثر في ماهية هذه الموجة الصوتية، فهي ليست جسماً مادياً ينتقل من نقطة إلى أخرى، بل هي في حقيقتها سلسلة من الاهتزازات تنتشر عبر وسط مادي مثل الهواء. عندما يصدر مصدر ما صوتاً، فإنه يحدث اهتزاز يؤدي إلى تضاغط وتخلخل جزيئات الهواء المحيطة به بشكل متتابع.
هذا الاضطراب هو ما ينتقل، حاملاً معه الطاقة الصوتية من المصدر إلى أذن المستمع. إذن، سرعة الصوت التي حسبناها هي في الواقع سرعة انتقال هذه الطاقة عبر تذبذب جزيئات الوسط، وليست سرعة حركة الجزيئات نفسها لمسافات طويلة.
تجدر الإشارة إلى أن القيمة التي توصلنا إليها، وهي 350 م/ث، ليست رقماً ثابتاً في كل الظروف. إن سرعة الصوت تعتمد بشكل كبير على خصائص الوسط الذي تعبره. فالصوت ينتقل بسرعة أكبر في السوائل، وأكبر من ذلك بكثير في المواد الصلبة، مقارنة بسرعته في الغازات كالهواء. كما تتأثر سرعته في الهواء بعوامل مثل درجة الحرارة والكثافة.
لذا، فإن الرقم 350 م/ث يمثل سرعة الصوت في ظروف محددة، وهو قريب جدًا من سرعته المعيارية في الهواء عند مستوى سطح البحر، مما يمنحنا سياقًا واقعيًا لهذه المسألة، ويساعدنا على فهم ظواهر مرتبطة بها مثل الصدى، الذي هو انعكاس لهذه الموجات بعد اصطدامها بحاجز.
وخلاصة القول، فإن حل هذه المسألة يتجاوز مجرد عملية قسمة بسيطة، ليمثل رحلة في فهم طبيعة الانتشار الموجي. لقد انطلقنا من معطيات رقمية (المسافة والزمن)، واستخدمنا معادلة فيزيائية للوصول إلى قيمة السرعة، ثم تعمقنا في المفهوم الفيزيائي للموجة الصوتية كطاقة تنتقل عبر اهتزاز الجزيئات في وسط مادي. وبهذا، نكون قد ربطنا بين الرياضيات المجردة والحقيقة الفيزيائية الملموسة، كاشفين عن جانب من جوانب النظام الدقيق الذي يحكم عالمنا.
إقرأ أيضا:من واجبات المواطن لتحقيق الأمن طاعة ولي الأمر