شعاع فيزياء
02-04-2010, 00:25
الفصل العاشر: الرنين في الأعمدة الهوائية
الاهتزاز القسري
المقدمة:
يُقال أنه يطلب عادة من طابور الجنود السير بصورة غير منتظمة فوق الجسور، لأنه إذا سار طابور من الجنود بحركة منتظمة ذات تردد ثابت فوق الجسر فإن ذلك سيدفعه إلى التذبذب بالتردد نفسه ويكبر اتساع ذبذبته مما يشكل خطورة قد تؤدي إلى انهياره.
هلاّ ساعدتني في إثبات صحة هذه المقولة.
الهدف من النشاط: مفهوم الاهتزاز القسري
الأدوات: شوكة رنانة ، مطرقة خاصة ، منضدة ، سبورة الفصل.
المهارات المستهدفة
استخدام الأدوات ، تجريب ، الملاحظة ، مقارنة ، تفسير ، استنتاج ، تواصل لفظي وكتابي.
الطريقة والمناقشة:
1- طرق الشوكة الرنانة وسماع الصوت الصادر منها.
2- طرق الشوكة الرنانة مرة أخرى وجعل مقبضها يلامس السبورة وسماع الصوت الصادر منها.
ماذا تلاحظين؟
وضوح الصوت الصادر عن الشوكة الرنانة عند ملامستها السبورة.
املئي الفراغات:
1- الصوت الصادر من اهتزاز الشوكة أعلى عندما لامست الشوكة المنضدة أو السبورة.
2- كلما زادت مساحة الجسم المهتز زادت مساحة الطبقة المهتزة زاد وضوح الصوت.
3- الاهتزاز القسري هو إجبار جسم على الاهتزاز بتردد مساو للجسم المهتز
بشرط حدوث التلامس بين الجسمين.
الفصل العاشر: الرنين في الأعمدة الهوائية
الاهتزاز الرنيني
المقدمة:سمعت عن جسر ضخم بني في أمريكا قد انهار هذا الجسر بعد فترة قصيرة بسبب الرنين.
قومي بالأنشطة التالية لتتحققي من صحة هذا الخبر.
الهدف من النشاط: مفهوم الاهتزاز الرنيني
الأدوات: مصوات فيه وتران لهما نفس التردد ، ركاب ورقي.
المهارات المستهدفة
استخدام الأدوات ، تجريب ، ملاحظة ، تفسير ، استنتاج ، تواصل لفظي وكتابي.
الاحتياطات اللازمة للتجربة
أن يستخدم في المصوات وتران متساويان في قوة الشد وكتلة وحدة الأطوال وأن يكونا متساويين في الطول حتى يتساوى الوتران في التردد.
الطريقة والمناقشة:
1- نضع الركاب الورقي في منتصف أحد الوترين.
2- نضرب الوتر الثاني من منتصفه. ماذا تلاحظين؟
سقوط الركاب.
3- نغير طول أحد الوترين ثم كرري التجربة مرة أخرى. ماذا تلاحظين؟
عدم سقوط الركاب.
املئي الفراغات:
1- اهتز أحد الوترين متأثراً باهتزاز الوتر الثاني لأنه مساوي له في التردد.
2- عند تغير طول الوتر لا يهتز الوتر الثاني رغم اهتزاز الوتر الأول وذلك بسبب اختلاف في التردد.
الهدف من النشاط: مفهوم الاهتزاز الرنيني
الأدوات: شوكتان رنانتان متساويتان في التردد ، صندوقا رنين ، كرة نخاع البليسان معلقة في حامل ، شوكة رنانة مختلفة التردد عن الشوكتين السابقتين.
المهارات المستهدفة
استخدام الأدوات ، تجريب ، ملاحظة ، مقارنة ، تفسير ، استنتاج ، تواصل لفظي وكتابي.
الاحتياطات اللازمة
عدم تلامس صندوقي الرنين.
الطريقة والمناقشة:
1- نضع الشوكتين المتساويتين في التردد على صندوقي الرنين.
2- نقرب الصندوقين من بعضهما دون أن يتلامسا.
3- نطرق أحد الشوكتين ثم نقرب كرة نـخاع البليسان ممن الشوكة الثانية. ماذا تلاحظين؟
حركة كرة البليسان.
4- نوقف اهتزاز الشوكة التي طرقتيها بلمسها باليد.
ماذا حدث للشوكة الثانية؟
يتوقف اهتزازها.
5- نضع الشوكة الثالثة مكان إحدى الشوكتين.
6- نكرر الخطوات السابقة. ماذا تلاحظين؟
عدم تحرك كرة البليسان.
املئي الفراغ:
الاهتزاز الرنيني هو اهتزاز الجسم متأثراً باهتزاز جسم آخر بتردد مساو
بشرط عدم حدوث تلامس بين الجسمين.
الأدوات:
مساطر خشبية اثنتان منها متساويتان في الطول واثنتين مختلفتين في الطول ، قطعة خشب طولها 20سم ، مسامير.
الطريقة والمناقشة:
1- نركب الأدوات كما هو موضح بالرسم.
2- نثبت قطعة الخشب التي تحمل المساطر على جانب طاولة بواسطة ثقل.
3- نضرب أحد المساطر المتساوية في الطول ونراقب باقي المساطر.
4- أي مسطرة تهتز؟
المساوية لها في الطول.
5- نكرر الخطوة رقم (3) مع باقي المساطر. ماذا تلاحظين؟
عدم اهتزازها.
6- متى يحدث الرنين؟
عند تساوي التردد.
طفل صغير وذكي لديه أختين توأم ولكل واحدة منهما أرجوحة. الأرجوحتين متشابهتين أيضاً. وحتى لا يتعب نفسه في دفع الطفلتين فإنه يدفع أحد الأرجوحتين فتهتز الثانية لوحدها. لكي يرضي أخته قليلاً. ما رأيك؟
نعم لأن تردد الأرجوحتين متساو فيحدث رنين.
العب وتعلم
الأدوات: خيط ، مقص ، كرسيان ، أربع ملاعق ، قنينة فارغة ، قمع.
الطريقة:
1- ضعي القمع على فوهة القنينة الفارغة واملئيها بالماء بالكامل ثم أغلقيها بإحكام.
2- قصي خمس قطع من الخيط بحيث تكون اثنتان منها بنفس الطول والثلاث الباقية بأطوال مختلفة.
3- خذي الخيطين المتساويين في الطول واربطي الأول بالقنينة والثاني بملعقة.
4- اربطي الخيوط الثلاثة الأخرى بالأجسام الباقية.
5- قصي خيطاً طويلاً واربطيه بين الكرسيين بحيث يكون مشدوداً.
6- علقي الأجسام بالخيط الطويل.
7- أرجحي القنينة وراقبي ماذا يحدث للأجسام الباقية.
كيف تعمل؟
عندما نؤرجح القنينة يهتز الخيط المشدود الطويل والخيط المربوط بالقنينة ثم يبدأ الخيط ذو الطول المماثل لطول خيط القنينة بالاهتزاز والتأرجح ولا تتحرك باقي الخيوط. فالخيوط المماثلة لها التردد الطبيعي ذاته. وإصدار الصوت ذاته.
الفصل العاشر: الرنين في الأعمدة الهوائية
الرنين في الأعمدة الهوائية المغلقة
المقدمة:عندما كانت شهد تملأ قنينة الماء تحت صنبور الماء لاحظت تغير الصوت الصادر من القنينة كلما ارتفع الماء داخل القنينة. ساعدي شهد لتفسير هذه الظاهرة.
الهدف من النشاط: الرنين في الأعمدة الهوائية المغلقة
الأدوات: شوكة رنانة ، مطرقة خاصة ، عمود هوائي مغلق.
المهارات ¬المستهدفة
استخدام الأدوات، الملاحظة، المقارنة، التفسير، الاستنتاج، التواصل لفظي وكتابي.
الاحتياطات اللازمة
1- عدم ملامسة الشوكة للأنبوبة.
2- عدم ملئ الأنبوبة كاملة بالماء.
الطريقة والمناقشة:
1- نطرق الشوكة الرنانة ثم قربيها من فوهة الأنبوب.
2- نغير من طول العمود الهوائي عن طريق تغيير عمق الماء فيه. ماذا تلاحظين؟
سماع تقوية للصوت.
3- نكرر الخطوات السابقة ونستمر في زيادة طول العمود الهوائي أكثر من الحالة الأولى. ماذا تلاحظين؟
سماع تقوية أخرى للصوت أقل من الحالة الأولى.
فسري حدوث تقوية للصوت في العمود الهوائي المغلق؟
عندما تطرق شوكة رنانة بالقرب من فوهة عمود هوائي مغلق كما في الشكل نجد أن فرع الشوكة يتحرك من (أ) إلى (ب) فإنه يرسل داخل الأنبوبة موجة تضاغط حتى تصل إلى الطرف المغلق وعنده ينعكس التضاغط، وعندما يصل التضاغط المنعكس إلى طرف فوهة الأنبوبة المفتوحة يرتد تخلخلاً فإذا صادف تحرك الشوكة من (ب) إلى (أ) محدثاً تخلخلاً يجتمع التخلخلان وينتج تداخل بينهما يعمل على تقوية الصوت ويحدث الرنين مكوناً موجات موقوفة من بطن عند الطرف المفتوح للعمود الهوائي وعقدة عند الطرف المغلق وسعة الاهتزاز أقصى قيمة لها عند الطرف المفتوح وبذلك فإن أقصر عمود هوائي مغلق يحدث رنيناً عندما يكون طوله مساوياً البعد بين عقدة وبطن متتاليين.
الأدوات: قنينة بلاستيكية ، قشة مص.
الطريقة:
1- نملأ القنينة لمنتصفها بالماء وندخل القشة.
2- ننفخ عند فتحة القشة.
3- لتغيير طول عمود الهواء في القشة ننزله لأسفل أو نسحبه لأعلى.
4- سيكون طول عمود الهواء المهتز من مستوى الماء وحتى أعلى القشة.
العب وتعلم
أ-صنع زيلوفون مائي
1- احضري 8 برطمانات زجاجية متشابهة ورتبيها في صف واحد واحرصي على أن لا يلامس إحداها الآخر واملئي البرطمان الأول حتى أعلاه تقريباً بالماء.
2- اسكبي الماء في البرطمان الثاني ولكن لا تملئيه كالأول. تابعي العملية نفسها حتى تحتوي كافة البرطمانات على الماء.
3- انقري برقة جانب كل برطمان بملعقة خشبية واستمعي للصوت الذي يصدره.
كيف يعمل؟
عندما ننقر برطمان يهتز الزجاج ويحدث صوتاً. يكون البرطمان المملوء بالسائل أثقل من البرطمان الفارغ ويهتز بسرعة أبطأ منه وكلما زادت كمية السائل في البرطمان انخفضت طبقة النغمة التي يصدرها أي أقل تردد.
العب وتعلم
ب-القناني الموسيقية
1- املئي 3 قناني بالماء حتى مستويات مختلفة. وضعي القناني في صف واحد واحرصي على أن تكون المسافة التي تفصل بينهما قليلة.
2- انفخي بشكل أفقي بالقرب من فتحة كل قنينة على حدة واستمعي إلى الأصوات المختلفة التي تصدر عنها.
كيف تعمل؟
كلما كان ارتفاع الماء في القنينة أكبر تكون النغمة أعلى.
لماذا عمل الزيلوفون عكس عمل القناني الموسيقية؟
في القناني الموسيقية نوع الاهتزاز رنيني وأقصر عمود هوائي يكون أقوى صوت.
في الزيلوفون نوع الاهتزاز قسري وأطول عمود هوائي يكون أقوى صوت.
الرنين في الإنسان
إن الأصوات التي نحدثها بواسطة القصبات الصوتية تحدث رنيناً في الهواء الذي يملأ التجويفات الموجودة في الحلق والفم والأنف ويعتمد التردد الطبيعي لهذا الهواء على شكل وحجم هذه التجويفات ونظراً إلى أنه لا يوجد شخصان يتماثلان تماماً في حجم وشكل هذه التجويفات فإن أصوات البشر تختلف في نوعيتها. ولذا فإننا نستطيع أن نميز صوت صديق من بين مئات الأصوات الأخرى. وهذه الحقيقة توضح أيضاً سبب تغير أصواتنا عندما نصاب بالزكام.
المرجع الدورة التطويرية
أتمنى للجميع حصص ممتعة
تحياتي
الاهتزاز القسري
المقدمة:
يُقال أنه يطلب عادة من طابور الجنود السير بصورة غير منتظمة فوق الجسور، لأنه إذا سار طابور من الجنود بحركة منتظمة ذات تردد ثابت فوق الجسر فإن ذلك سيدفعه إلى التذبذب بالتردد نفسه ويكبر اتساع ذبذبته مما يشكل خطورة قد تؤدي إلى انهياره.
هلاّ ساعدتني في إثبات صحة هذه المقولة.
الهدف من النشاط: مفهوم الاهتزاز القسري
الأدوات: شوكة رنانة ، مطرقة خاصة ، منضدة ، سبورة الفصل.
المهارات المستهدفة
استخدام الأدوات ، تجريب ، الملاحظة ، مقارنة ، تفسير ، استنتاج ، تواصل لفظي وكتابي.
الطريقة والمناقشة:
1- طرق الشوكة الرنانة وسماع الصوت الصادر منها.
2- طرق الشوكة الرنانة مرة أخرى وجعل مقبضها يلامس السبورة وسماع الصوت الصادر منها.
ماذا تلاحظين؟
وضوح الصوت الصادر عن الشوكة الرنانة عند ملامستها السبورة.
املئي الفراغات:
1- الصوت الصادر من اهتزاز الشوكة أعلى عندما لامست الشوكة المنضدة أو السبورة.
2- كلما زادت مساحة الجسم المهتز زادت مساحة الطبقة المهتزة زاد وضوح الصوت.
3- الاهتزاز القسري هو إجبار جسم على الاهتزاز بتردد مساو للجسم المهتز
بشرط حدوث التلامس بين الجسمين.
الفصل العاشر: الرنين في الأعمدة الهوائية
الاهتزاز الرنيني
المقدمة:سمعت عن جسر ضخم بني في أمريكا قد انهار هذا الجسر بعد فترة قصيرة بسبب الرنين.
قومي بالأنشطة التالية لتتحققي من صحة هذا الخبر.
الهدف من النشاط: مفهوم الاهتزاز الرنيني
الأدوات: مصوات فيه وتران لهما نفس التردد ، ركاب ورقي.
المهارات المستهدفة
استخدام الأدوات ، تجريب ، ملاحظة ، تفسير ، استنتاج ، تواصل لفظي وكتابي.
الاحتياطات اللازمة للتجربة
أن يستخدم في المصوات وتران متساويان في قوة الشد وكتلة وحدة الأطوال وأن يكونا متساويين في الطول حتى يتساوى الوتران في التردد.
الطريقة والمناقشة:
1- نضع الركاب الورقي في منتصف أحد الوترين.
2- نضرب الوتر الثاني من منتصفه. ماذا تلاحظين؟
سقوط الركاب.
3- نغير طول أحد الوترين ثم كرري التجربة مرة أخرى. ماذا تلاحظين؟
عدم سقوط الركاب.
املئي الفراغات:
1- اهتز أحد الوترين متأثراً باهتزاز الوتر الثاني لأنه مساوي له في التردد.
2- عند تغير طول الوتر لا يهتز الوتر الثاني رغم اهتزاز الوتر الأول وذلك بسبب اختلاف في التردد.
الهدف من النشاط: مفهوم الاهتزاز الرنيني
الأدوات: شوكتان رنانتان متساويتان في التردد ، صندوقا رنين ، كرة نخاع البليسان معلقة في حامل ، شوكة رنانة مختلفة التردد عن الشوكتين السابقتين.
المهارات المستهدفة
استخدام الأدوات ، تجريب ، ملاحظة ، مقارنة ، تفسير ، استنتاج ، تواصل لفظي وكتابي.
الاحتياطات اللازمة
عدم تلامس صندوقي الرنين.
الطريقة والمناقشة:
1- نضع الشوكتين المتساويتين في التردد على صندوقي الرنين.
2- نقرب الصندوقين من بعضهما دون أن يتلامسا.
3- نطرق أحد الشوكتين ثم نقرب كرة نـخاع البليسان ممن الشوكة الثانية. ماذا تلاحظين؟
حركة كرة البليسان.
4- نوقف اهتزاز الشوكة التي طرقتيها بلمسها باليد.
ماذا حدث للشوكة الثانية؟
يتوقف اهتزازها.
5- نضع الشوكة الثالثة مكان إحدى الشوكتين.
6- نكرر الخطوات السابقة. ماذا تلاحظين؟
عدم تحرك كرة البليسان.
املئي الفراغ:
الاهتزاز الرنيني هو اهتزاز الجسم متأثراً باهتزاز جسم آخر بتردد مساو
بشرط عدم حدوث تلامس بين الجسمين.
الأدوات:
مساطر خشبية اثنتان منها متساويتان في الطول واثنتين مختلفتين في الطول ، قطعة خشب طولها 20سم ، مسامير.
الطريقة والمناقشة:
1- نركب الأدوات كما هو موضح بالرسم.
2- نثبت قطعة الخشب التي تحمل المساطر على جانب طاولة بواسطة ثقل.
3- نضرب أحد المساطر المتساوية في الطول ونراقب باقي المساطر.
4- أي مسطرة تهتز؟
المساوية لها في الطول.
5- نكرر الخطوة رقم (3) مع باقي المساطر. ماذا تلاحظين؟
عدم اهتزازها.
6- متى يحدث الرنين؟
عند تساوي التردد.
طفل صغير وذكي لديه أختين توأم ولكل واحدة منهما أرجوحة. الأرجوحتين متشابهتين أيضاً. وحتى لا يتعب نفسه في دفع الطفلتين فإنه يدفع أحد الأرجوحتين فتهتز الثانية لوحدها. لكي يرضي أخته قليلاً. ما رأيك؟
نعم لأن تردد الأرجوحتين متساو فيحدث رنين.
العب وتعلم
الأدوات: خيط ، مقص ، كرسيان ، أربع ملاعق ، قنينة فارغة ، قمع.
الطريقة:
1- ضعي القمع على فوهة القنينة الفارغة واملئيها بالماء بالكامل ثم أغلقيها بإحكام.
2- قصي خمس قطع من الخيط بحيث تكون اثنتان منها بنفس الطول والثلاث الباقية بأطوال مختلفة.
3- خذي الخيطين المتساويين في الطول واربطي الأول بالقنينة والثاني بملعقة.
4- اربطي الخيوط الثلاثة الأخرى بالأجسام الباقية.
5- قصي خيطاً طويلاً واربطيه بين الكرسيين بحيث يكون مشدوداً.
6- علقي الأجسام بالخيط الطويل.
7- أرجحي القنينة وراقبي ماذا يحدث للأجسام الباقية.
كيف تعمل؟
عندما نؤرجح القنينة يهتز الخيط المشدود الطويل والخيط المربوط بالقنينة ثم يبدأ الخيط ذو الطول المماثل لطول خيط القنينة بالاهتزاز والتأرجح ولا تتحرك باقي الخيوط. فالخيوط المماثلة لها التردد الطبيعي ذاته. وإصدار الصوت ذاته.
الفصل العاشر: الرنين في الأعمدة الهوائية
الرنين في الأعمدة الهوائية المغلقة
المقدمة:عندما كانت شهد تملأ قنينة الماء تحت صنبور الماء لاحظت تغير الصوت الصادر من القنينة كلما ارتفع الماء داخل القنينة. ساعدي شهد لتفسير هذه الظاهرة.
الهدف من النشاط: الرنين في الأعمدة الهوائية المغلقة
الأدوات: شوكة رنانة ، مطرقة خاصة ، عمود هوائي مغلق.
المهارات ¬المستهدفة
استخدام الأدوات، الملاحظة، المقارنة، التفسير، الاستنتاج، التواصل لفظي وكتابي.
الاحتياطات اللازمة
1- عدم ملامسة الشوكة للأنبوبة.
2- عدم ملئ الأنبوبة كاملة بالماء.
الطريقة والمناقشة:
1- نطرق الشوكة الرنانة ثم قربيها من فوهة الأنبوب.
2- نغير من طول العمود الهوائي عن طريق تغيير عمق الماء فيه. ماذا تلاحظين؟
سماع تقوية للصوت.
3- نكرر الخطوات السابقة ونستمر في زيادة طول العمود الهوائي أكثر من الحالة الأولى. ماذا تلاحظين؟
سماع تقوية أخرى للصوت أقل من الحالة الأولى.
فسري حدوث تقوية للصوت في العمود الهوائي المغلق؟
عندما تطرق شوكة رنانة بالقرب من فوهة عمود هوائي مغلق كما في الشكل نجد أن فرع الشوكة يتحرك من (أ) إلى (ب) فإنه يرسل داخل الأنبوبة موجة تضاغط حتى تصل إلى الطرف المغلق وعنده ينعكس التضاغط، وعندما يصل التضاغط المنعكس إلى طرف فوهة الأنبوبة المفتوحة يرتد تخلخلاً فإذا صادف تحرك الشوكة من (ب) إلى (أ) محدثاً تخلخلاً يجتمع التخلخلان وينتج تداخل بينهما يعمل على تقوية الصوت ويحدث الرنين مكوناً موجات موقوفة من بطن عند الطرف المفتوح للعمود الهوائي وعقدة عند الطرف المغلق وسعة الاهتزاز أقصى قيمة لها عند الطرف المفتوح وبذلك فإن أقصر عمود هوائي مغلق يحدث رنيناً عندما يكون طوله مساوياً البعد بين عقدة وبطن متتاليين.
الأدوات: قنينة بلاستيكية ، قشة مص.
الطريقة:
1- نملأ القنينة لمنتصفها بالماء وندخل القشة.
2- ننفخ عند فتحة القشة.
3- لتغيير طول عمود الهواء في القشة ننزله لأسفل أو نسحبه لأعلى.
4- سيكون طول عمود الهواء المهتز من مستوى الماء وحتى أعلى القشة.
العب وتعلم
أ-صنع زيلوفون مائي
1- احضري 8 برطمانات زجاجية متشابهة ورتبيها في صف واحد واحرصي على أن لا يلامس إحداها الآخر واملئي البرطمان الأول حتى أعلاه تقريباً بالماء.
2- اسكبي الماء في البرطمان الثاني ولكن لا تملئيه كالأول. تابعي العملية نفسها حتى تحتوي كافة البرطمانات على الماء.
3- انقري برقة جانب كل برطمان بملعقة خشبية واستمعي للصوت الذي يصدره.
كيف يعمل؟
عندما ننقر برطمان يهتز الزجاج ويحدث صوتاً. يكون البرطمان المملوء بالسائل أثقل من البرطمان الفارغ ويهتز بسرعة أبطأ منه وكلما زادت كمية السائل في البرطمان انخفضت طبقة النغمة التي يصدرها أي أقل تردد.
العب وتعلم
ب-القناني الموسيقية
1- املئي 3 قناني بالماء حتى مستويات مختلفة. وضعي القناني في صف واحد واحرصي على أن تكون المسافة التي تفصل بينهما قليلة.
2- انفخي بشكل أفقي بالقرب من فتحة كل قنينة على حدة واستمعي إلى الأصوات المختلفة التي تصدر عنها.
كيف تعمل؟
كلما كان ارتفاع الماء في القنينة أكبر تكون النغمة أعلى.
لماذا عمل الزيلوفون عكس عمل القناني الموسيقية؟
في القناني الموسيقية نوع الاهتزاز رنيني وأقصر عمود هوائي يكون أقوى صوت.
في الزيلوفون نوع الاهتزاز قسري وأطول عمود هوائي يكون أقوى صوت.
الرنين في الإنسان
إن الأصوات التي نحدثها بواسطة القصبات الصوتية تحدث رنيناً في الهواء الذي يملأ التجويفات الموجودة في الحلق والفم والأنف ويعتمد التردد الطبيعي لهذا الهواء على شكل وحجم هذه التجويفات ونظراً إلى أنه لا يوجد شخصان يتماثلان تماماً في حجم وشكل هذه التجويفات فإن أصوات البشر تختلف في نوعيتها. ولذا فإننا نستطيع أن نميز صوت صديق من بين مئات الأصوات الأخرى. وهذه الحقيقة توضح أيضاً سبب تغير أصواتنا عندما نصاب بالزكام.
المرجع الدورة التطويرية
أتمنى للجميع حصص ممتعة
تحياتي