عملکرد و سرعت صدا زیر آب چگونه است ؟
روزانه با هزار و یک صدای عجیب و غریب ، مواجه می شویم . برخی گوش نواز و برخی دیگر گوش خراش . برخی بلند و برخی از ته چاه . تا به حال با خودتان فکر کرده اید که صدا چگونه به گوش شما می رسد ؟ صدا چگونه در ذهن شما پردازش می شود ؟ آیا اصلا به این فکر کردید که صدا در هوا ، خلا ، آب و فضاهای دیگر به شکل ها و سرعت های مختلفی شنیده می شود ؟
در ابتدا لازم به ذکر است که صدا در اثر حرکت اشیا بوجود می آید ، شی ای که حرکت می کند باعث ارتعاش ذرات اطراف خود می شود و این ارتعاش تبدیل به امواج صوتی می شوند . در مورد دهان انسان نیز به همین گونه است . ارتعاش دیافراگم ، زبان و لب ها باعث ارتعاش و نهایتا تولید صدا می شود . حال چگونگی قرار گرفتن لب ها و زبان به تولید صداهای مختلف منجر می شود .
برای اینکه صدا به گوش ما و جانداران برسد باید از یک کانال ارتباطی عبور کند ، اگر هیچ کانال ارتباطی وجود نداشته باشد هرگز صدا به گوش ما نمی رسد . این کانال ارتباطی می تواند هوا ، آب ، کلیه مایعات ، گاز و غیره باشد که بسته به کانال ارتباطی ، سرعت صدا می تواند متغیر باشد .
اصولا صدا در مسیرهایی که مولکول های فشرده تری دارند سریع تر حرکت می کند . دلیل این امر اینه که مولکول ها به همدیگر نزدیکند و امواج صوتی را زودتر به مولکول های مجاور خود انتقال می دهند .
بنابراین سرعت صدا در زیر آب سریع تر از هوا است .
آب به دلیل اینکه مولکول های نزدیک تری نسبت به هوا دارد ، حدود ۵ برابر سریعتر از هوا ( دمای ۲۰ درجه سانتی گراد ) ، صدا را منتقل می کند . صدا در آهن نیز ۲۰ برابر سریعتر از هوا حرکت می کند . پس تا اینجا متوجه شدیم که سرعت صدا در مواد و کانال های گوناگون ، متفاوت است .
برای اینکه متوجه سرعت بیشتر صدا در آب شوید می توانید آزمایش جالبی را انجام دهید . وان حمام را پر آب کنید یا درون استخری بروید و گوش های خود را زیر آب ببرید سپس دو عدد قاشق را زیر آب به یکدیگر ضربه بزنید . صدا به وضوح و با سرعت بیشتری به گوش می رسد و اگر سرتان را از آب بیرون بیاورید و قاشق ها را به یکدیگر بزنید ، صدای ضعیفی از برخورد دو قاشق خواهید شنید .
حالا آزمایش دیگری را انجام دهید . چشمان خود را ببندید و از دوستتان بخواهید دو قاشق را در فضای باز به همدیگر بزند . اگر کمی دقت کنید به راحتی خواهید فهمید که صدا از کدام سمت می آید . اما همین کار را در زیر آب و با همان چشمان بسته تکرار کنید ، آیا می توانید جهت صدا را تشخیص دهید ؟ اگر این کار را بکنید یا آدم فوق العاده باهوشی هستید یا چشمهایتان را باز کرده اید . چون تشخیص جهت صدا در آب بسیار سخت تر از فضای باز است . در فضای باز ، ابتدا صدا به یکی از گوشها و سپس به گوش دیگر می رسد ، لحظه ای کوتاه کافیست تا مغز جهت صدا را تشخیص دهد اما در آب نمی توان جهت صدا را تشخیص داد چون سرعت صدا بیشتر است و تقریبا همزمان به دوگوش انسان می رسد .
انسان زیر آب قادر به شنیدن صدای بیشتر از محدوده ۲۰ هرتز تا ۲۰ کیلو هرتز است .
همانطور که می دانید گوش انسان قادر به شنیدن اصوات با فرکانس ۲۰ هرتز تا ۲۰ کیلو هرتز است . اما تحقیقات دانشمندان در این زمینه چیز دیگری را اثبات کرده البته زیر آب .
بالاتر گفتیم که سرعت صدا و شکل و شمایلش بستگی به کانال ارتباطیش دارد . در فضای باز صدا از طریق هوا به گوش ما می رسد . در واقع صدا پرده گوش ما را به لرزه در می آورد . این حرکت باعث لرزه در ۳ استخوان گوش مرکزی می شود که منجر به ارسال سیگنال های الکتریکی به مغز توسط سلول های حسی گوش خواهد شد .
اما در زیر آب ، صدا از پرده گوش می گذرد ، از استخوان های میانی نیز می گذرد و از طریق استخوان Mastoid ( استخوانی که پشت گوش قرار دارد و با لمس دست نیز قابل شناسایی است ( در امتداد گردن به سمت گوش حرکت کنید) ) به مغز می رسد . در واقع کانال ارتباطی تغییر می کند و انسان می تواند صدایی با فرکانس ۲۰۰ کیلو هرتز را هم بشنود یعنی صدایی حدود ۱۰ برابر ماکزیمم محدوده مجاز صدا در فضای باز .
سرعت صوت در آب دریا
در آب شور دریا که فارغ از حباب های آزاد و رسوبات است ، صدا با سرعت ۱۵۶۰ متر بر ثانیه حرکت می کند . سرعت صوت در آب دریا بستگی به فشار ( در نترجه عمق ) ، دما و درجه شوری آب دارد . عوامل دیگری نیز در این سرعت تاثیر گذارند که در معادلات ریاضی مهندسان و دانشمندان و در جهت دقت بیشتر برای محاسبه دقیق سرعت صوت زیر آب به کار گرفته می شوند .
دما با افزایش عمق ، کم می شود اما فشار و شوری آب بیشتر می شود . در نمودار زیر نیز افزایش سرعت صوت در آب دریا را با افزایش عمق آب مشاهده میکنید .
رابطه سرعت صوت ( صدا ) با عمق آب دریا
با همه صحبت هایی که شد ، اگر زیر آب بروید ، صدایی که از بیرون آب تولید شده را نمی توانید به راحتی بشنوید و این مسئله به دلیل تداخل کانال های ارتباطی با یکدیگر است . در واقع صدایی که از بیرون آب تولید شده با کانال ارتباطی همچون هوا باید به گوش برسد . ضمن اینکه گوش از ۲ کانال ارتباطی برای دریافت صدا بهره می برد .یکی استخوان های گوش و دیگری استخوان های جمجمه . زیر آب ، انسان اصوات را از طریق استخوان های جمجمه می شنود .
elmefarda
جواب بصورت نقل قول