[ناصر اللحياني]

[justify]

8-2 الرنين في الأعمدة الهوائية والأوتار Resonance in Air Columns and Strings

( يحتاج إلى 3 حصص )

الحصة الـ 15 :

نشاط 1 : يُوزّع المعلم الطلاب إلى مجموعات ويُعطي كل مجموعة مطاط ، ويطلب منهم شدّها وإصدار صوت ( نغمة ) ثم شدّها بشكل أكبر للمقارنة بين هذه النغمات ، يُوجه المعلم النقاش بداية حتى يتعزز لدى الطلاب ما تعلموه في الدرس السابق وهو أنّ الصوت ينتج عن اهتزازات الأجسام ( أي جسم يهتز كالمطاط مثلا ) والتي تسبب بدورها تذبذبا في ضغط الهواء فيُسمع الصوت ، ثم يتساءل المعلم عن سبب اختلاف حدة الصوت باختلاف مقدار شدّ المطاط ليتوصل الطلاب إلى أنّ السبب هو تغيّر تردد المطاط عند شدّه وبالتالي يتغيّر حدّة صوته .

http://www.youtube.com/watch?v=ImZGAYe8lf8

ثم يطلب المعلم من الطلاب تطبيق ذلك على كل من : مكبر الصوت ، الدفوف ، الصوت البشري ، الآلات الوترية ، يُوجه المعلم النقاش حتى يتوصل الطلاب إلى أنّ مكبر الصوت عندما يهتز بواسطة التيارات الكهربائية فإنّه يصدر أصواتا ، وكذلك الدفوف عندما تطرق باليد فإنها تهتز فتصدر أصواتا ، وكذلك الصوت البشري عندما يندفع الهواء من الرئتين فإنّ الحبال الصوتية تهتز فتصدر أصواتا .
الخلاصة : يستطيع الطلاب أنّ يصف مصادر الأصوات .

نشاط 2 : يُعطي المعلم كل مجموعة شوكتي رنانة ( مختلفتي التردد ) ومطرقة وعمود هوائي موضوع في أنبوب آخر به ماء ، يطلب المعلم منهم طرق الشوكة الرنانة وتقريبها من العمود الهوائي مع تغيير طوله بتحريكه إلى الأعلى والأسفل وتدوين ملاحظاتهم ( ومثل ذلك مع اعمدة هوائية مفتوحة ) ، سيلاحظ الطلاب حدوث الرنين ( تقوية الصوت ) عند أطوال معينة للعمود الهوائي كما في المقطع التالي :

http://www.youtube.com/watch?v=-HqtedatLSc

http://www.youtube.com/watch?v=NBJSfWfdoCQ

يُوجه المعلم النقاش حتى يتوصل الطلاب إلى ما يلي :

- هناك نوعين من الأعمدة الهوائية : أعمدة هوائية مفتوحة ( طرفيها مفتوحان ) ، أعمدة هوائية مغلقة ( أحد طرفيها مغلق ) .
- عند وضع شوكة رنانة فوق عمود هوائي فإما أنّ يهتز الهواء بتردد لا يتوافق مع اهتزاز الشوكة الرنانة وبالتالي لا يحدث تقوية للصوت وإما أنّ يهتز الهواء بتردد يتوافق مع اهتزاز الشوكة الرنانة عند تغيير طول الأنبوب لحد معيّن ( فيحدث الرنين : وهو تقوية الصوت وتحويل الأصوات العشوائية إلى أصوات منتظمة ) .
- عند تغيير تردد الشوكة الرنانة يتغيّر طول عمود الهواء الذي يحدث عنده الرنين ، وهذا يعني أنّ طول عمود الهواء يحدد ترددات الهواء المهتز التي ستكون في حالة رنين .
- تفسير حدوث الرنين ( تقوية الصوت ) في أعمدة الهواء المغلقة : توّلد الشوكة الرنانة فوق عمود الهواء موجة صوتية ( مكونة من ذبذبات مرتفعة الضغط وأخرى منخفضة الضغط ) وعندما تتوافق هذه الموجة الصوتية مع الصوت المنعكس من الطرف المغلق للأنبوب ( ينعكس الضغط المرتفع في صورة ضغط مرتفع ) وبالتالي يحدث تقوية للصوت وتوليد ما يعرف بالموجة المستقرة ( الرنين ) ، تتصف بما يلي :

- وأما في أعمدة الهواء المفتوحة : فيحدث الرنين عندما يتوافق الصوت الذي تصدره الشوكة الرنانة مع الصوت المنعكس من الطرف المفتوح للأنبوب ( ينعكس الضغط المرتفع في صورة ضغط منخفض ) .

ثم يستطرد المعلم بتوضيح أنّه يمكن تمثيل الموجة الصوتية في الأعمدة الهوائية بموجة جيبيه على إحدى اعتبارين :
الاعتبار الأول : تغيرات ضغط الهواء ( ضغط مرتفع / ضغط منخفض )
الاعتبار الثاني : إزاحة جزئيات الهواء ( إزاحات كبيرة / إزاحات صغيرة )

كما في الصورة التالية :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1330090710.swf]width=848 height=477[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1330090758.swf]width=848 height=477[/FLASH]

ومن خلال مناقشة الصور أعلاه سيتوصل الطلاب إلى ترددات الرنين في الأنابيب المغلقة والمفتوحة ، ثم يطلب منهم المعلم إكمال الجدولين التاليين :

ثم يستطرد المعلم بذكر بعض التطبيقات للرنين ، مثل :
- عمل القناة السمعية في الأذن كعمود هوائي مغلق في حالة رنين ممّا يُساعد على زيادة حساسية الأذن .
- عمل الأنفاق كعمود هوائي مفتوح في حالة رنين ممّا يجعل للأصوات دويّ .
- عمل الصدف البحرية كعمود هوائي مغلق في حالة رنين ممّا يُساعد على سماع أصوات .



الحصة الـ 16 :

نشاط 3 : يعرض المعلم على الطلاب المحاكاة التالية :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1330090998.swf]width=300 height=500[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1328449679.swf]width=540 height=500[/FLASH]

ويتساءل عن طول الوتر لكل حالة ، سيلاحظ الطلاب مطابقة حالات الرنين في هذه الأوتار لحالات الرنين في الأعمدة الهوائية المفتوحة .


نشاط 4 : يعرض المعلم على الطلاب صوت رنين وصوت بشري عبر برنامج (Sound Forge Pro ) :

صوت الرنين :

[media]http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1330091080.mp3[/media] أضغط هنـــــا

صوت بشري ( البسملة ) :

[media]http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1330091106.mp3[/media] أضغط هنــــــا

ويطلب من الطلاب المقارنة بين الموجات الجيبية التي تصدرها كل منهما ، سيلاحظ الطلاب أنّ الموجة التي تصدر عن صوت الرنين عبر برنامج (Sound Forge Pro ) هي موجة جيبية بسيطة بينما الموجة الصوتية التي تصدر عن الصوت البشري هي موجة معقدة ، كما في الصور التالية :

ثم يُبيّن المعلم أنّ الفرق بين الموجات البسيطة والموجات المعقدة هة ما يُسمى بطابع الصوت أو لون النغمة .



نشاط 5 : يعرض المعلم هذه الأصوات مع الرسوم البيانية المرفقة :

الصوت الأول ورسمه البياني :

[media]http://www.phys.unsw.edu.au/music/clarinet/sounds/C4.mp3[/media]

الصوت الثاني ورسمه البياني :

[media]http://www.phys.unsw.edu.au/music/clarinet/sounds/E3f.mp3[/media]

الصوت الثالث ورسمه البياني :

[media]http://www.phys.unsw.edu.au/music/clarinet/sounds/B3.mp3[/media]

ثم يُبيّن المعلم أنّ الرسم البياني الذي يوضح اتساع الموجة مقابل ترددها يُسمى طيف الصوت .


نشاط 6 : يعرض المعلم هذا الفيديو الذي يُوضح فيه الشيخ حسن الانتقال مقام إلى مقام ( عند قراءة القرآن الكريم ) ،

http://www.youtube.com/watch?v=PzksZqqGl5E

ثم يُبيّن المعلم أنّ هذا الانتقال المتناسق من مقام إلى مقام يُعتبر ( تناغم ) لأنه نتج عن الأنتقال صوت مريح وممتع .

بينما لو كان الإنتقال من مقام إلى آخر بشكل غير متناسق وغير مريح للأذن المستمعة فإنه يُعتبر ( نشاز ) ، وبالتالي فإنه :

عندما يصدر صوتان مختلفان في الحدة في الوقت نفسه فإن الصوت الناتج يكون إما مقبولا أو مزعجا.
ويسمى الصوت المزعج الناتج عن مجموعة ترددات مختلفة في حدتها نشازا، أما إذا نتج صوت ممتع ولطيف فيسمى تناغًما.

وقد لاحظ فيثاغورس أن الأصوات المتناغمة في الأوتار تصدر عندما تكون نسب طولي الوترين نسبا صغيرة غير كسرية : مثلا 2 : 1 ، 3 : 2، أو 4 : 3. وهذا يعني أن لتردداتهما نسب عددية صحيحة

الحصة الـ 17 :

نشاط 7 : يعرض المعلم هذه المحاكاة ( أضغط على next حتى تظهر لك هذه الصورة ) :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1330122486.swf]width=550 height=400[/FLASH]

أضغط على التردد 1440 Hz ثم على التردد 2442 Hz ثم على ( 1 + 2 ) ، ثم اطلب من الطلاب ملاحظة ما سمعوه ، سيلاحظ الطلاب تداخل الترددين لينتجا مستويات صوت مرتفعة وأخرى منخفضة .

ثم يُبيّن المعلم أنّ سعة اهتزاز الموجة الناتجة تسمى ( ضربة ) .


ما تبقى من الحصة يحل المعلم مع طلابه مسائل تطبيقية .


في الرابط التالي مجلد يحتوي على جميع الصور والفلاشات والفيديو المدرجة في هذا الدرس :

[hide]أضغط هنـــــا للتحميل [/hide]

[/justify]