كيف يمكن تعيين سرعة الصوت باستخدام رنان هيلمهولتز؟

1 إجابة واحدة

ظاهرةُ الرنين كغيرها من الظواهر الفيزيائية الموجودة في الطبيعة وفي حياتنا اليومية وكثيرًا ما نصادف هذه الظواهر أثناء عملنا أو ممارستنا للرياضة وفي كل مكانٍ. من بين الظواهر التي شدت بعض العلماء لدراستها والتعمق فيها عبر تجارب فيزيائيةٍ كثيرةٍ هي الصوت وتردده وانتشاره في الأوساط المختلفة كالماء والهواء والمعادن وغيرها. من بين التجارب المستخدمة لفهم سرعة الصوت وقياسها بشكل تجريبي لدينا تجربة “مرنان هيلمهولتز”. هذه التجربة تقيس سرعة الهواء في التجاويف. يعود الفضل في هذه الطريقة إلى العالم الفيزيائي الألماني Hermann von Helmholtz في خمسينيات القرن التاسع عشر. لفهم عملية قياس سرعة الصوت عن طريقة مرنان هيلمهولتز يجب فهم مكونات هذا المرنان. هو عبارة عن حاوية (كما في الشكل) مصنوعة من الزجاج أو المعدن بحجم يرمز له V ومساحة صغيرة من العنق يرمز لها A وبطول عنقٍ L وبالتالي يتم حساب تردد الصوت بالعلاقة:

تعيين سرعة الصوت باستخدام رنان هيلمهولتز

بوجود كافة المعطيات وبالتعويض يمكن حساب سرعة الصوت C. عادة ما يتوافق التردد المحسوب مع التردد الطبيعي وينحصر تطبيق الصيغة النظرية للعلاقة السابقة على التردد المنخفض أو في حال الأنبوب القصير أو سماكة جدار المرنان كما يجب أن تكون القيمة المحسوبة أقل من قيمةٍ معينةٍ إلا أنه أحيانًا تحدث أخطاء في القياس وبالتالي فإن لشكل المرنان وتصميمه الهندسي أهمية كبيرة في الحصول على النتائج حيث انها تختلف باختلاف تصميم المرنان.

تتنوع تطبيقات نظرية مرنان هيلمهولتز في مجالاتٍ عديدةٍ ومنها:

  • أجهزة الصوتيات (لتحسين جهير التردد المنخفض) والإحتراق الداخلي.
  • الآلات الموسيقية كالغيتار والكمان.
  • في عوادم السيارات والدراجات النارية لتخفيف الصوت الصادر من المحرك.
  • في جدران محركات الطائرات للتقليل من ضجيجها.

هناك نموذجٌ آخر من المرنان يسمى “المرنان العالمي” أو” universal resonator” الذي يتألف من اسطوانتين واحدة داخل الأخرى. هاتان الاسطوانتان تندفعان داخل بعضهما مما يؤدي الى تغير حجم التجويف بينهما باستمرار.

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "كيف يمكن تعيين سرعة الصوت باستخدام رنان هيلمهولتز؟"؟