نحن ندرك الأصوات على مسافة من مصادرها. عادة ما يصل الصوت إلينا عبر الهواء. الهواء هو وسط مرن ينقل الصوت.

إذا تمت إزالة وسيط نقل الصوت بين المصدر والمستقبل، فلن ينتشر الصوت، وبالتالي لن يستقبله المستقبل. دعونا نثبت هذا تجريبيا.

لنضع منبهًا أسفل جرس مضخة الهواء (الشكل 80). طالما أن هناك هواء في الجرس، يمكن سماع صوت الجرس بوضوح. ومع ضخ الهواء من تحت الجرس، يضعف الصوت تدريجيًا ويصبح في النهاية غير مسموع. وبدون وسيلة نقل، لا يمكن لاهتزازات لوحة الجرس أن تنتقل، ولا يصل الصوت إلى أذننا. دعونا نترك الهواء تحت الجرس ونسمع الرنين مرة أخرى.

أرز. 80. تجربة إثبات أن الصوت لا ينتشر في الفضاء حيث لا يوجد وسط مادي

المواد المرنة توصل الأصوات بشكل جيد، مثل المعادن والخشب والسوائل والغازات.

دعونا نضع ساعة جيب على أحد طرفي لوح خشبي، وننتقل إلى الطرف الآخر. ضع أذنك على اللوح، يمكنك سماع دقات الساعة.

اربط خيطًا بملعقة معدنية. ضع نهاية الخيط على أذنك. عندما تضرب الملعقة، ستسمع صوتًا قويًا. سوف نسمع صوتًا أقوى إذا استبدلنا الخيط بالسلك.

الأجسام الناعمة والمسامية هي موصلات ضعيفة للصوت. لحماية أي غرفة من اختراق الأصوات الدخيلة، يتم تغطية الجدران والأرضية والسقف بطبقات من المواد الممتصة للصوت. يتم استخدام اللباد والفلين المضغوط والأحجار المسامية والمواد الاصطناعية المختلفة (على سبيل المثال، رغوة البوليسترين) المصنوعة من البوليمرات الرغوية كطبقات بينية. يتلاشى الصوت في مثل هذه الطبقات بسرعة.

السوائل توصل الصوت بشكل جيد. فالأسماك، على سبيل المثال، تجيد سماع الخطى والأصوات على الشاطئ، وهذا أمر معروف لدى الصيادين ذوي الخبرة.

لذلك، ينتشر الصوت في أي وسيلة مرنة - صلبة وسائلة وغازية، ولكن لا يمكن أن تنتشر في الفضاء حيث لا توجد مادة.

تخلق تذبذبات المصدر موجة مرنة من تردد الصوت في بيئتها. تؤثر الموجة التي تصل إلى الأذن على طبلة الأذن، مما يجعلها تهتز بتردد يتوافق مع تردد مصدر الصوت. تنتقل اهتزازات طبلة الأذن عبر الجهاز العظمي إلى نهايات العصب السمعي، مما يؤدي إلى تهيجها وبالتالي التسبب في الإحساس بالصوت.

دعونا نتذكر أن الموجات المرنة الطولية فقط هي التي يمكن أن توجد في الغازات والسوائل. فالصوت في الهواء، على سبيل المثال، ينتقل عن طريق موجات طولية، أي تكثفات وتخلخلات متناوبة للهواء القادم من مصدر الصوت.

الموجة الصوتية، مثل أي موجات ميكانيكية أخرى، لا تنتشر في الفضاء بشكل فوري، ولكن بسرعة معينة. يمكنك التحقق من ذلك، على سبيل المثال، من خلال مشاهدة إطلاق النار من بعيد. في البداية نرى النار والدخان، وبعد فترة نسمع صوت طلقة. يظهر الدخان في نفس الوقت الذي يحدث فيه الاهتزاز الصوتي الأول. وبقياس الفاصل الزمني t بين لحظة ظهور الصوت (لحظة ظهور الدخان) ولحظة وصوله إلى الأذن يمكننا تحديد سرعة انتشار الصوت:

تظهر القياسات أن سرعة الصوت في الهواء عند درجة حرارة 0 درجة مئوية والضغط الجوي الطبيعي تبلغ 332 م/ث.

كلما ارتفعت درجة الحرارة، زادت سرعة الصوت في الغازات. على سبيل المثال، عند درجة حرارة 20 درجة مئوية، تبلغ سرعة الصوت في الهواء 343 م/ث، وعند 60 درجة مئوية - 366 م/ث، وعند 100 درجة مئوية - 387 م/ث. ويفسر ذلك حقيقة أنه مع زيادة درجة الحرارة، تزداد مرونة الغازات، وكلما زادت القوى المرنة التي تنشأ في الوسط أثناء تشوهه، زادت حركة الجزيئات وانتقال الاهتزازات بشكل أسرع من نقطة إلى أخرى.

تعتمد سرعة الصوت أيضًا على خصائص الوسط الذي ينتقل فيه الصوت. على سبيل المثال، عند 0 درجة مئوية، تبلغ سرعة الصوت في الهيدروجين 1284 م/ث، وفي ثاني أكسيد الكربون - 259 م/ث، لأن جزيئات الهيدروجين أقل كتلة وأقل خاملة.

في الوقت الحاضر، يمكن قياس سرعة الصوت في أي بيئة.

تكون الجزيئات في السوائل والمواد الصلبة أقرب إلى بعضها البعض وتتفاعل بقوة أكبر من جزيئات الغاز. ولذلك فإن سرعة الصوت في الوسائط السائلة والصلبة تكون أكبر منها في الوسائط الغازية.

بما أن الصوت عبارة عن موجة، لتحديد سرعة الصوت، بالإضافة إلى الصيغة V = s/t، يمكنك استخدام الصيغ التي تعرفها: V = lect/T وV = vlect. عند حل المسائل، تعتبر سرعة الصوت في الهواء عادة 340 م/ث.

أسئلة

1. ما هو الغرض من التجربة الموضحة في الشكل 80؟ صف كيفية إجراء هذه التجربة وما هي النتيجة التي تترتب عليها.
2. هل يمكن للصوت أن ينتقل في الغازات والسوائل والمواد الصلبة؟ ادعم إجاباتك بالأمثلة.
3. ما هي الأجسام التي تنقل الصوت بشكل أفضل - مرنة أم مسامية؟ أعط أمثلة على الأجسام المرنة والمسامية.
4. ما نوع الموجة - الطولية أو المستعرضة - التي ينتشر فيها الصوت في الهواء؟ في الماء؟
5. أعط مثالا يوضح أن الموجة الصوتية لا تنتقل على الفور، ولكن بسرعة معينة.

التمرين 30

1. هل يمكن سماع صوت انفجار ضخم على القمر على الأرض؟ برر جوابك.
2. إذا قمت بربط نصف صحن الصابون بكل طرف من طرفي الخيط، فباستخدام مثل هذا الهاتف يمكنك حتى التحدث بصوت هامس أثناء وجودك في غرف مختلفة. اشرح هذه الظاهرة.
3. أوجد سرعة الصوت في الماء إذا كان مصدر يهتز بفترة زمنية مقدارها 0.002 s يثير موجات في الماء طولها 2.9 m.
4. حدد الطول الموجي لموجة صوتية ترددها 725 هرتز في الهواء وفي الماء وفي الزجاج.
5. تم ضرب أحد طرفي أنبوب معدني طويل بمطرقة. هل سينتشر الصوت الناتج عن الاصطدام إلى الطرف الثاني من الأنبوب عبر المعدن؟ من خلال الهواء داخل الأنبوب؟ كم عدد الضربات التي سيسمعها الشخص الذي يقف على الطرف الآخر من الأنبوب؟
6. شاهد مراقب يقف بالقرب من قسم مستقيم من السكة الحديد بخارًا فوق صافرة قاطرة بخارية تتحرك على مسافة بعيدة. بعد ثانيتين من ظهور البخار، سمع صوت صافرة، وبعد 34 ثانية مرت القاطرة بالقرب من المراقب. تحديد سرعة القاطرة.

.

ينتقل الصوت في الماء أسرع بخمس مرات منه في الهواء. متوسط ​​السرعة 1400 - 1500 م/ث (سرعة الصوت في الهواء 340 م/ث). يبدو أن السمع في الماء يتحسن أيضًا. في الواقع، هذا أبعد ما يكون عن القضية. ففي نهاية المطاف، لا تعتمد قوة الصوت على سرعة الانتشار، بل على سعة اهتزازات الصوت والقدرة الإدراكية لأعضاء السمع. عضو كورتي، الذي يتكون من خلايا سمعية، يقع في قوقعة الأذن الداخلية. تهز الموجات الصوتية طبلة الأذن والعظيمات السمعية وغشاء عضو كورتي. ومن الخلايا الشعرية للأخيرة، التي تستقبل الاهتزازات الصوتية، يذهب التحفيز العصبي إلى المركز السمعي الموجود في الفص الصدغي للدماغ.

يمكن للموجة الصوتية أن تدخل الأذن الداخلية للإنسان بطريقتين: عن طريق توصيل الهواء عبر القناة السمعية الخارجية وطبلة الأذن وعظيمات الأذن الوسطى، وعن طريق التوصيل العظمي - اهتزاز عظام الجمجمة. على السطح، يسود التوصيل الهوائي، وتحت الماء، يسود التوصيل العظمي. تجربة بسيطة تقنعنا بذلك. قم بتغطية كلتا الأذنين براحة يديك. على السطح، سوف تتدهور السمع بشكل حاد، ولكن تحت الماء لا يتم ملاحظة ذلك.

لذلك، تحت الماء، يتم إدراك الأصوات في المقام الأول من خلال التوصيل العظمي. من الناحية النظرية، يفسر ذلك حقيقة أن المقاومة الصوتية للماء تقترب من المقاومة الصوتية للأنسجة البشرية. ولذلك فإن فقدان الطاقة أثناء انتقال الموجات الصوتية من الماء إلى عظام رأس الإنسان يكون أقل منه في الهواء. يختفي توصيل الهواء تقريبًا تحت الماء، حيث أن القناة السمعية الخارجية مملوءة بالماء، وطبقة صغيرة من الهواء بالقرب من طبلة الأذن تنقل الاهتزازات الصوتية بشكل ضعيف.

أظهرت التجارب أن موصلية العظام أقل بنسبة 40٪ من موصلية الهواء. ولذلك، فإن السمع تحت الماء يتدهور بشكل عام. لا يعتمد نطاق السمع مع التوصيل العظمي للصوت على القوة بقدر ما يعتمد على النغمة: كلما ارتفعت النغمة، كلما تم سماع الصوت أبعد.

العالم تحت الماء بالنسبة للبشر هو عالم الصمت، حيث لا توجد ضوضاء غريبة. لذلك، يمكن رؤية أبسط الإشارات الصوتية تحت الماء على مسافات كبيرة. يسمع شخص ضربة على علبة معدنية مغمورة في الماء على مسافة 150-200 م، وصوت حشرجة على مسافة 100 م، وجرس على مسافة 60 م.

عادة ما تكون الأصوات الصادرة تحت الماء غير مسموعة على السطح، تمامًا كما تكون الأصوات الصادرة من الخارج غير مسموعة تحت الماء. لكي تتمكن من إدراك الأصوات تحت الماء، يجب أن تكون مغمورًا جزئيًا على الأقل. إذا دخلت الماء حتى ركبتيك، تبدأ في سماع صوت لم تسمعه من قبل. أثناء الغوص، يزداد الحجم. يكون مسموعًا بشكل خاص عندما يكون الرأس مغمورًا.

لإرسال إشارات صوتية من السطح، يجب عليك خفض مصدر الصوت في الماء إلى منتصف المسافة على الأقل، وسوف تتغير قوة الصوت. التوجيه تحت الماء عن طريق الأذن أمر صعب للغاية. في الهواء، يصل الصوت إلى إحدى الأذنين قبل 0.00003 ثانية من الأخرى. يتيح لك ذلك تحديد موقع مصدر الصوت بخطأ يتراوح بين 1-3 درجات فقط. تحت الماء، يتم إدراك الصوت في نفس الوقت من خلال كلتا الأذنين، وبالتالي لا يحدث إدراك اتجاهي واضح. الخطأ في الاتجاه يمكن أن يكون 180 درجة.

في تجربة تم تنظيمها خصيصًا، فقط غواصو الضوء الفرديون بعد تجوال طويل و... وتوجهت عمليات البحث إلى موقع مصدر الصوت الذي يقع على بعد 100-150 متر منهم، ولوحظ أن التدريب المنهجي على مدى فترة طويلة يجعل من الممكن تطوير القدرة على التنقل بدقة تامة عن طريق الصوت تحت الماء. ومع ذلك، بمجرد توقف التدريب، تبطل نتائجه.

تشمل القوانين الأساسية لانتشار الصوت قوانين انعكاسه وانكساره عند حدود الوسائط المختلفة، وكذلك حيود الصوت وتشتته في ظل وجود عوائق وعدم تجانس في الوسط وعند السطوح البينية بين الوسائط.

يتأثر نطاق انتشار الصوت بعامل امتصاص الصوت، أي الانتقال الذي لا رجعة فيه لطاقة الموجات الصوتية إلى أنواع أخرى من الطاقة، وخاصة الحرارة. ومن العوامل المهمة أيضًا اتجاه الإشعاع وسرعة انتشار الصوت، والتي تعتمد على الوسط وحالته المحددة.

من مصدر الصوت، تنتشر الموجات الصوتية في جميع الاتجاهات. إذا مرت موجة صوتية عبر ثقب صغير نسبيًا، فإنها تنتشر في جميع الاتجاهات، ولا تنتقل في شعاع موجه. على سبيل المثال، أصوات الشوارع التي تخترق النافذة المفتوحة إلى الغرفة تُسمع في جميع النقاط، وليس فقط في الجهة المقابلة للنافذة.

تعتمد طبيعة انتشار الموجات الصوتية بالقرب من عائق ما على العلاقة بين حجم العائق وطول الموجة. فإذا كان حجم العائق صغيراً مقارنة بطول الموجة، فإن الموجة تتدفق حول هذا العائق، وتنتشر في كل الاتجاهات.

الموجات الصوتية، التي تخترق من وسط إلى آخر، تنحرف عن اتجاهها الأصلي، أي أنها تنكسر. وقد تكون زاوية الانكسار أكبر أو أقل من زاوية السقوط. يعتمد ذلك على الوسيط الذي يخترقه الصوت. فإذا كانت سرعة الصوت في الوسط الثاني أكبر، فإن زاوية الانكسار ستكون أكبر من زاوية السقوط، والعكس صحيح.

عند مواجهة عائق في طريقهم، تنعكس الموجات الصوتية عنه وفق قاعدة محددة بدقة - زاوية الانعكاس تساوي زاوية السقوط - ويرتبط مفهوم الصدى بهذا. إذا انعكس الصوت من عدة أسطح على مسافات مختلفة، تحدث أصداء متعددة.

ينتقل الصوت على شكل موجة كروية متباعدة تملأ حجمًا متزايدًا. وكلما زادت المسافة تضعف اهتزازات جزيئات الوسط ويتبدد الصوت. ومن المعروف أنه لزيادة نطاق الإرسال، يجب تركيز الصوت في اتجاه معين. عندما نريد، على سبيل المثال، أن يتم سماعنا، نضع راحتنا على أفواهنا أو نستخدم مكبر الصوت.

إن الحيود، أي انحناء الأشعة الصوتية، له تأثير كبير على مدى انتشار الصوت. كلما كان الوسط غير متجانس، كلما زاد انحناء شعاع الصوت، وبالتالي، كان نطاق انتشار الصوت أقصر.

انتشار الصوت

يمكن للموجات الصوتية أن تنتقل في الهواء والغازات والسوائل والمواد الصلبة. لا تنشأ الموجات في الفضاء الخالي من الهواء. ومن السهل التحقق من ذلك من خلال تجربة بسيطة. إذا تم وضع جرس كهربائي تحت غطاء محكم تم إخلاء الهواء منه، فلن نسمع أي صوت. ولكن بمجرد امتلاء الغطاء بالهواء، يحدث صوت.

تعتمد سرعة انتشار الحركات التذبذبية من جسيم إلى جسيم على الوسط. في العصور القديمة، كان المحاربون يضعون آذانهم على الأرض، وبالتالي يكتشفون فرسان العدو في وقت أبكر بكثير مما يظهر في الأفق. وكتب العالم الشهير ليوناردو دافنشي في القرن الخامس عشر: “إذا قمت، وأنت في البحر، بخفض فتحة أنبوب في الماء، ووضع الطرف الآخر منه على أذنك، فسوف تسمع ضجيج السفن بشدة”. بعيد عنك."

تم قياس سرعة الصوت في الهواء لأول مرة في القرن السابع عشر من قبل أكاديمية ميلانو للعلوم. تم تركيب مدفع على أحد التلال، وعلى الآخر تم وضع نقطة مراقبة. تم تسجيل الوقت في لحظة اللقطة (بالفلاش) وفي لحظة استقبال الصوت. واستنادًا إلى المسافة بين نقطة المراقبة والمسدس ووقت منشأ الإشارة، لم يعد من الصعب حساب سرعة انتشار الصوت. وتبين أنها تساوي 330 مترًا في الثانية.

تم قياس سرعة الصوت في الماء لأول مرة عام 1827 في بحيرة جنيف. وتم تحديد موقع القاربين على مسافة 13847 مترًا عن بعضهما البعض. في الأول، تم تعليق الجرس تحت القاع، وفي الثانية، تم إنزال هيدروفون بسيط (قرن) في الماء. في القارب الأول، تم إشعال النار في البارود في نفس وقت قرع الجرس، وفي القارب الثاني، قام المراقب بتشغيل ساعة الإيقاف لحظة الوميض وبدأ في انتظار وصول الإشارة الصوتية من الجرس. اتضح أن الصوت ينتقل في الماء أسرع بأربع مرات منه في الهواء، أي. وبسرعة 1450 مترا في الثانية.

سرعة الصوت

كلما زادت مرونة الوسط، زادت السرعة: في المطاط 50، في الهواء 330، في الماء 1450، وفي الفولاذ - 5000 متر في الثانية. إذا تمكنا نحن الذين كنا في موسكو من الصراخ بصوت عالٍ بحيث يصل الصوت إلى سانت بطرسبرغ، فلن يُسمع هناك إلا بعد نصف ساعة، وإذا انتشر الصوت على نفس المسافة في الفولاذ، فسيتم استقباله في دقيقتين.

تتأثر سرعة انتشار الصوت بحالة الوسط نفسه. وعندما نقول أن الصوت ينتقل في الماء بسرعة 1450 مترًا في الثانية، فهذا لا يعني أنه في أي ماء وتحت أي ظروف. مع زيادة درجة حرارة الماء وملوحته، وكذلك مع زيادة العمق، وبالتالي الضغط الهيدروستاتيكي، تزداد سرعة الصوت. أو لنأخذ الفولاذ. وهنا أيضًا، تعتمد سرعة الصوت على درجة الحرارة والتركيب النوعي للفولاذ: فكلما زاد الكربون الذي يحتوي عليه، زادت صلابته، وانتقال الصوت فيه بشكل أسرع.

وعندما يواجهون عائقًا في طريقهم، تنعكس الموجات الصوتية عنه وفقًا لقاعدة محددة بدقة: زاوية الانعكاس تساوي زاوية السقوط. الموجات الصوتية القادمة من الهواء سوف تنعكس بشكل شبه كامل إلى الأعلى من سطح الماء، والموجات الصوتية القادمة من مصدر موجود في الماء سوف تنعكس منه إلى الأسفل.

الموجات الصوتية، التي تخترق من وسط إلى آخر، تنحرف عن موضعها الأصلي، أي. منكسر. وقد تكون زاوية الانكسار أكبر أو أقل من زاوية السقوط. يعتمد ذلك على الوسط الذي يخترقه الصوت. فإذا كانت سرعة الصوت في الوسط الثاني أكبر منها في الأول فإن زاوية الانكسار ستكون أكبر من زاوية السقوط والعكس صحيح.

في الهواء، تنتشر الموجات الصوتية على شكل موجة كروية متباعدة، تملأ حجمًا أكبر بشكل متزايد، حيث تنتقل اهتزازات الجسيمات الناتجة عن مصادر الصوت إلى كتلة الهواء. ومع ذلك، مع زيادة المسافة، تضعف اهتزازات الجزيئات. ومن المعروف أنه لزيادة نطاق الإرسال، يجب تركيز الصوت في اتجاه معين. عندما نريد أن نسمع صوتنا بشكل أفضل، نضع راحتنا على أفواهنا أو نستخدم مكبر الصوت. في هذه الحالة، سيتم توهين الصوت بشكل أقل، وسوف تنتقل الموجات الصوتية لمسافة أبعد.

مع زيادة سمك الجدار، يزداد تحديد موقع الصوت عند الترددات المتوسطة المنخفضة، لكن الرنين المصادفة "الخبيث"، الذي يسبب خنق تحديد موقع الصوت، يبدأ في الظهور عند الترددات المنخفضة ويغطي مساحة أوسع.

يتم امتصاص الصوت في الماء أقل بمئات المرات من امتصاصه في الهواء. ومع ذلك، فإن السمع في البيئة المائية أسوأ بكثير مما هو عليه في الغلاف الجوي. وهذا ما يفسره خصوصيات الإدراك البشري للصوت. في الهواء، يتم إدراك الصوت بطريقتين: انتقال اهتزازات الهواء إلى طبلة الأذن (توصيل الهواء) وما يسمى بالتوصيل العظمي، حيث يتم إدراك اهتزازات الصوت ونقلها إلى معينات السمع عن طريق عظام الأذن. جمجمة.

اعتمادًا على نوع معدات الغوص، يستطيع الغواص إدراك الصوت في الماء مع غلبة التوصيل الهوائي أو العظمي. يتيح لك وجود خوذة حجمية مملوءة بالهواء إدراك الصوت من خلال توصيل الهواء. ومع ذلك، فإن فقدان الطاقة الصوتية بشكل كبير أمر لا مفر منه نتيجة انعكاس الصوت من سطح الخوذة.

عند النزول بدون معدات أو باستخدام معدات مع خوذة ضيقة، يكون التوصيل العظمي هو السائد.

من سمات إدراك الصوت تحت الماء أيضًا فقدان القدرة على تحديد اتجاه مصدر الصوت. ويرجع ذلك إلى أن أجهزة السمع لدى الإنسان تتكيف مع سرعة الصوت في الهواء وتحدد اتجاه مصدر الصوت بسبب اختلاف وقت وصول إشارة الصوت ومستوى ضغط الصوت النسبي الذي يدركه كل أذن. بفضل هيكل الأذن، يستطيع الشخص الموجود في الهواء تحديد مكان مصدر الصوت - في الأمام أو الخلف، حتى بأذن واحدة. في الماء، كل شيء يحدث بشكل مختلف. سرعة انتشار الصوت في الماء أكبر بـ 4.5 مرة من الهواء. ولذلك فإن الفارق في زمن استقبال الإشارة الصوتية من قبل كل أذن يصبح صغيراً جداً بحيث يصبح من المستحيل تقريباً تحديد اتجاه مصدر الصوت.

عند استخدام خوذة صلبة كجزء من المعدات، يتم استبعاد إمكانية تحديد اتجاه مصدر الصوت تمامًا.

التأثيرات البيولوجية للغازات على جسم الإنسان

لم يتم طرح مسألة التأثيرات البيولوجية للغازات بالصدفة، ويرجع ذلك إلى حقيقة أن عمليات تبادل الغازات أثناء التنفس البشري في الظروف العادية وما يسمى بظروف الضغط العالي (أي تحت الضغط العالي) تختلف بشكل كبير.

ومن المعروف أن الهواء الجوي العادي الذي نتنفسه غير مناسب للتنفس من قبل الطيارين في الرحلات الجوية على ارتفاعات عالية. كما أنه يجد استخدامًا محدودًا في تنفس الغواصين. وعند النزول إلى أعماق تزيد عن 60 متراً يتم استبدالها بمزائج غازية خاصة.

دعونا ننظر في الخصائص الأساسية للغازات التي تستخدم في تنفس الغواصين، سواء في شكلها النقي أو في مخاليط مع غيرها.

تكوين الهواء عبارة عن خليط من الغازات المختلفة. المكونات الرئيسية للهواء هي: الأكسجين - 20.9٪، النيتروجين - 78.1٪، ثاني أكسيد الكربون - 0.03٪. بالإضافة إلى ذلك، يحتوي الهواء على كميات صغيرة من الأرجون والهيدروجين والهيليوم والنيون وبخار الماء.

يمكن تقسيم الغازات التي يتكون منها الغلاف الجوي حسب تأثيرها على جسم الإنسان إلى ثلاث مجموعات: الأكسجين - يستهلك باستمرار "للحفاظ على جميع عمليات الحياة؛ النيتروجين والهيليوم والأرجون وغيرها - لا يشارك في الغاز". تبادل ثاني أكسيد الكربون - بتركيزات متزايدة ضارة بالجسم.

الأكسجين(O2) هو غاز عديم اللون والطعم والرائحة، كثافته 1.43 كجم/م3. وهو ذو أهمية قصوى للإنسان باعتباره مشاركًا في جميع عمليات الأكسدة في الجسم. أثناء عملية التنفس، يتحد الأكسجين الموجود في الرئتين مع الهيموجلوبين في الدم ويتم توزيعه في جميع أنحاء الجسم، حيث تستهلكه الخلايا والأنسجة بشكل مستمر. يؤدي انقطاع إمدادات الأكسجين أو حتى انخفاضه إلى الأنسجة إلى جوع الأكسجين، مصحوبًا بفقدان الوعي، وفي الحالات الشديدة، توقف النشاط الحيوي. يمكن أن تحدث هذه الحالة عندما ينخفض ​​محتوى الأكسجين في الهواء المستنشق عند الضغط الطبيعي إلى أقل من 18.5%. من ناحية أخرى، عندما يزيد محتوى الأكسجين في الخليط المستنشق أو عند التنفس تحت ضغط يتجاوز الحد المسموح به، يظهر الأكسجين خصائص سامة - يحدث التسمم بالأكسجين.

نتروجين(ن) - غاز عديم اللون والرائحة والطعم، كثافته 1.25 كجم/م3، وهو الجزء الرئيسي من الهواء الجوي من حيث الحجم والكتلة. في ظل الظروف العادية، فهو محايد من الناحية الفسيولوجية ولا يشارك في عملية التمثيل الغذائي. ومع ذلك، مع زيادة الضغط مع زيادة عمق غمر الغواص، يتوقف النيتروجين عن كونه محايدًا ويظهر على أعماق 60 مترًا أو أكثر خصائص مخدرة واضحة.

ثاني أكسيد الكربون(CO2) هو غاز عديم اللون ذو طعم حمضي. وهو أثقل من الهواء بمقدار 1.5 مرة (كثافته 1.98 كجم/م3)، وبالتالي يمكن أن يتراكم في الأجزاء السفلية من الغرف المغلقة وسيئة التهوية.

يتشكل ثاني أكسيد الكربون في الأنسجة كمنتج نهائي لعمليات الأكسدة. توجد دائمًا كمية معينة من هذا الغاز في الجسم وتشارك في تنظيم التنفس، ويحمل الدم الزائد إلى الرئتين ويتم إزالته مع هواء الزفير. تعتمد كمية ثاني أكسيد الكربون المنبعثة من الشخص بشكل أساسي على درجة النشاط البدني والحالة الوظيفية للجسم. مع التنفس العميق المتكرر (فرط التنفس)، ينخفض ​​محتوى ثاني أكسيد الكربون في الجسم، مما قد يؤدي إلى توقف التنفس (انقطاع التنفس) وحتى فقدان الوعي. ومن ناحية أخرى فإن زيادة محتواه في الخليط التنفسي عن المستوى المسموح به يؤدي إلى التسمم.

ومن بين الغازات الأخرى التي يتكون منها الهواء، فإن الغاز الأكثر استخدامًا من قبل الغواصين هو هيليوم(لا). وهو غاز خامل، عديم الرائحة والمذاق. نظرًا لكثافته المنخفضة (حوالي 0.18 كجم/م3) وقدرته على التسبب في تأثيرات مخدرة أقل بكثير عند الضغوط العالية، فإنه يستخدم على نطاق واسع كبديل للنيتروجين لتحضير مخاليط الجهاز التنفسي الاصطناعية أثناء النزول إلى أعماق كبيرة.

إلا أن استخدام الهيليوم في مخاليط الجهاز التنفسي يؤدي إلى ظواهر أخرى غير مرغوب فيها. تتطلب الموصلية الحرارية العالية، وبالتالي زيادة نقل الحرارة من الجسم، زيادة الحماية الحرارية أو التدفئة النشطة للغواصين.

ضغط جوي. ومن المعروف أن الغلاف الجوي المحيط بنا له كتلة ويمارس ضغطاً على سطح الأرض وجميع الأجسام الموجودة عليها. يتم موازنة الضغط الجوي المقاس عند مستوى سطح البحر في أنابيب مقطعها Gcm2 بواسطة عمود من الزئبق ارتفاعه 760 ملم أو ماء ارتفاعه 10.33 متر، فإذا وزن هذا الزئبق أو الماء فإن كتلتهما تساوي 1.033 كجم. وهذا يعني أن "الضغط الجوي الطبيعي هو 1.033 كجم قوة / سم 2، وهو ما يعادل في نظام SI 103.3 كيلو باسكال *.(* في نظام SI، وحدة الضغط هي باسكال (Pa). إذا كان التحويل ضروريا، النسب التالية المستخدمة: 1 كجم قوة / سم 1 = 105 باسكال = 102 كيلو باسكال = =* 0.1 ميجا باسكال.).

ومع ذلك، في ممارسة حسابات الغوص، من غير المناسب استخدام وحدات القياس الدقيقة هذه. ولذلك تؤخذ وحدة قياس الضغط على أنها ضغط يساوي عددياً 1kgf/cm2 وهو ما يسمى بالجو التقني (at). جو تقني واحد يتوافق مع ضغط 10 أمتار من عمود الماء.

عندما يزداد ضغط الهواء فإنه يسهل ضغطه، فيقل حجمه بما يتناسب مع الضغط. يتم قياس ضغط الهواء المضغوط بواسطة أجهزة قياس الضغط، والتي تشير إلى ذلك الضغط الزائد ، أي الضغط فوق الغلاف الجوي. يتم تعيين وحدة الضغط الزائد ati. يسمى مجموع الضغط الزائد والضغط الجوي ضغط مطلق(آتا).

في ظل الظروف الأرضية العادية، يضغط الهواء بالتساوي على الشخص من جميع الجهات. وبالنظر إلى أن سطح جسم الإنسان يبلغ في المتوسط ​​1.7-1.8 م2، فإن قوة ضغط الهواء المطبقة عليه تبلغ 17-18 ألف كجم ثقلي (17-18 طن قدم). ومع ذلك، فإن الشخص لا يشعر بهذا الضغط، لأن 70٪ من جسمه يتكون من سوائل غير قابلة للضغط عمليا، وفي التجاويف الداخلية - الرئتين والأذن الوسطى وما إلى ذلك - يتم موازنة الضغط الخلفي للهواء الموجود هناك والتواصل مع الجو.

يتعرض الإنسان عند غمره في الماء لضغط زائد من عمود من الماء فوقه، والذي يزيد بمقدار 1 آيتي كل 10 أمتار، ويمكن أن تسبب التغيرات في الضغط ألمًا وضغطًا، ولمنع ذلك يجب تزويد الغواص بهواء التنفس عند ضغط يساوي بيئة الضغط المطلقة.

وبما أن الغواصين يجب أن يتعاملوا مع الهواء المضغوط أو مخاليط الغاز، فمن المناسب التذكير بالقوانين الأساسية التي يلتزمون بها وتقديم بعض الصيغ اللازمة لإجراء الحسابات العملية.

الهواء، مثل الغازات الحقيقية الأخرى ومخاليط الغاز، يخضع إلى حد ما للقوانين الفيزيائية الصالحة تمامًا للغازات المثالية.

معدات الغوص

معدات الغوص هي مجموعة من الأجهزة والمنتجات التي يرتديها الغواص لضمان الحياة والعمل في البيئة المائية لفترة زمنية معينة.

تعتبر معدات الغوص مناسبة للغرض إذا كانت قادرة على توفير:

التنفس البشري عند أداء العمل تحت الماء؛

العزل والحماية الحرارية من التعرض للماء البارد.

القدرة على الحركة الكافية والوضعية المستقرة تحت الماء؛

السلامة أثناء الغوص، والصعود على السطح، وأثناء العمل؛

اتصال موثوق مع السطح.

اعتمادًا على المهام المطلوب حلها، يتم تقسيم معدات الغوص إلى:

حسب عمق الاستخدام - لمعدات الأعماق الضحلة (المتوسطة) وأعماق البحار؛

حسب طريقة توفير خليط غاز التنفس - مستقل وخرطوم.

وفقًا لطريقة الحماية الحرارية - للمعدات ذات الحماية الحرارية السلبية، التي يتم تسخينها كهربائيًا ومياهًا؛

وفقًا لطريقة العزل - للمعدات ذات بدلات الغوص المقاومة للماء والغاز من النوع "الجاف" والبدلات المنفذة من النوع "الرطب".

يتم توفير الفهم الأكثر اكتمالاً للميزات الوظيفية لتشغيل معدات الغوص من خلال تصنيفها وفقًا لطريقة الحفاظ على تركيبة خليط الغاز الضروري للتنفس. وهنا المعدات:

تهوية؛

مع نمط التنفس المفتوح.

مع نمط التنفس شبه مغلق.

مع نمط التنفس المغلق.

>>الفيزياء: الصوت في بيئات مختلفة

لكي ينتشر الصوت، يلزم وجود وسط مرن. في الفراغ، لا يمكن للموجات الصوتية أن تنتشر، لأنه لا يوجد شيء ليهتز. ويمكن التحقق من ذلك من خلال تجربة بسيطة. فإذا وضعنا جرساً كهربائياً تحت الجرس الزجاجي، فمع ضخ الهواء من تحت الجرس سنجد أن الصوت الصادر من الجرس سوف يضعف أكثر فأكثر حتى يتوقف تماماً.

الصوت في الغازات. من المعروف أنه أثناء العاصفة الرعدية نرى أولاً وميضًا من البرق وبعد مرور بعض الوقت فقط نسمع قعقعة الرعد (الشكل 52). ويحدث هذا التأخير لأن سرعة الصوت في الهواء أقل بكثير من سرعة الضوء القادم من البرق.

تم قياس سرعة الصوت في الهواء لأول مرة عام 1636 على يد العالم الفرنسي م. ميرسين. عند درجة حرارة 20 درجة مئوية تساوي 343 م/ث، أي. 1235 كم/ساعة. لاحظ أنه بهذه القيمة تنخفض سرعة الرصاصة الصادرة من مدفع رشاش كلاشينكوف (PK) على مسافة 800 متر. السرعة الأولية للرصاصة هي 825 م/ث، وهو ما يتجاوز بشكل كبير سرعة الصوت في الهواء. ولذلك فإن من يسمع صوت رصاصة أو صفير رصاصة لا داعي للقلق: فهذه الرصاصة قد تجاوزته بالفعل. الرصاصة تتجاوز صوت الطلقة وتصل إلى ضحيتها قبل وصول الصوت.

تعتمد سرعة الصوت على درجة حرارة الوسط: مع زيادة درجة حرارة الهواء تزداد، ومع انخفاض درجة حرارة الهواء تنخفض. عند 0 درجة مئوية، تكون سرعة الصوت في الهواء 331 م/ث.

ينتقل الصوت بسرعات مختلفة في الغازات المختلفة. كلما زادت كتلة جزيئات الغاز، قلت سرعة الصوت فيها. وهكذا، عند درجة حرارة 0 درجة مئوية، تبلغ سرعة الصوت في الهيدروجين 1284 م/ث، وفي الهيليوم - 965 م/ث، وفي الأكسجين - 316 م/ث.

الصوت في السوائل. عادة ما تكون سرعة الصوت في السوائل أكبر من سرعة الصوت في الغازات. تم قياس سرعة الصوت في الماء لأول مرة في عام 1826 بواسطة ج. كولادون وج. شتورم. لقد أجروا تجاربهم على بحيرة جنيف في سويسرا (الشكل 53). على أحد القوارب، أشعلوا النار في البارود وفي الوقت نفسه ضربوا جرسًا تم إنزاله في الماء. تم التقاط صوت هذا الجرس، باستخدام قرن خاص، تم إنزاله أيضًا في الماء، على متن قارب آخر كان على مسافة 14 كم من الأول. وبناء على الفاصل الزمني بين وميض الضوء ووصول الإشارة الصوتية، تم تحديد سرعة الصوت في الماء. عند درجة حرارة 8 درجات مئوية، كانت السرعة حوالي 1440 م/ث.

عند الحدود بين وسطين مختلفين، ينعكس جزء من الموجة الصوتية، وينتقل الجزء الآخر لمسافة أبعد. عندما ينتقل الصوت من الهواء إلى الماء، ينعكس 99.9% من الطاقة الصوتية مرة أخرى، لكن الضغط في الموجة الصوتية المنقولة إلى الماء يكون أكبر مرتين تقريبًا. يتفاعل نظام السمع للأسماك بدقة مع هذا. لذلك، على سبيل المثال، الصراخ والضوضاء فوق سطح الماء هي وسيلة مؤكدة لتخويف الحياة البحرية. الشخص الذي يجد نفسه تحت الماء لن يصم الآذان من هذه الصراخ: عند غمره في الماء، ستبقى "سدادات" الهواء في أذنيه، مما سيوفر له من التحميل الزائد للصوت.

عندما ينتقل الصوت من الماء إلى الهواء، ينعكس 99.9% من الطاقة مرة أخرى. ولكن إذا زاد ضغط الصوت أثناء الانتقال من الهواء إلى الماء، فهو الآن، على العكس من ذلك، يتناقص بشكل حاد. ولهذا السبب، على سبيل المثال، فإن الصوت الذي يحدث تحت الماء عندما يضرب حجر آخر لا يصل إلى الإنسان في الهواء.

هذا السلوك للصوت عند الحدود بين الماء والهواء أعطى أسلافنا الأساس لاعتبار العالم تحت الماء "عالم الصمت". ومن هنا جاء التعبير: "أخرس كالسمكة". ومع ذلك، اقترح ليوناردو دافنشي أيضًا الاستماع إلى الأصوات تحت الماء عن طريق وضع أذنك على مجذاف مغمور في الماء. باستخدام هذه الطريقة، يمكنك التأكد من أن الأسماك ثرثارة بالفعل.

الصوت في المواد الصلبة. سرعة الصوت في المواد الصلبة أكبر منها في السوائل والغازات. إذا وضعت أذنك على السكة، فسوف تسمع صوتين بعد الاصطدام بالطرف الآخر من السكة. واحد منهم سوف يصل إلى أذنك عن طريق السكك الحديدية، والآخر عن طريق الجو.

الأرض لديها الموصلية الصوتية الجيدة. لذلك، في الأيام الخوالي، أثناء الحصار، تم وضع "المستمعين" في أسوار القلعة، والذين يمكنهم من خلال الصوت الذي تنقله الأرض تحديد ما إذا كان العدو يحفر في الجدران أم لا. وضعوا آذانهم على الأرض، وراقبوا أيضًا اقتراب فرسان العدو.

المواد الصلبة توصل الصوت بشكل جيد. وبفضل هذا، يتمكن الأشخاص الذين فقدوا السمع أحيانًا من الرقص على أنغام الموسيقى التي تصل إلى أعصابهم السمعية، ليس من خلال الهواء والأذن الخارجية، بل من خلال الأرض والعظام.

1. لماذا أثناء العاصفة الرعدية نرى البرق أولاً ثم نسمع الرعد؟ 2. على ماذا تعتمد سرعة الصوت في الغازات؟ 3. لماذا لا يسمع الشخص الواقف على ضفة النهر الأصوات الصادرة تحت الماء؟ 4. لماذا كان "السامعون" الذين كانوا في العصور القديمة يراقبون أعمال التنقيب التي يقوم بها العدو في كثير من الأحيان عميان؟

مهمة تجريبية . ضع ساعة يدك على أحد طرفي اللوحة (أو مسطرة خشبية طويلة) ثم ضع أذنك على الطرف الآخر. ماذا تسمع؟ اشرح هذه الظاهرة.

إس في. جروموف، ن.أ. رودينا، الفيزياء الصف الثامن

مقدمة من القراء من مواقع الإنترنت

تخطيط الفيزياء ، خطط خطة دروس الفيزياء ، المناهج المدرسية ، كتب وكتب الفيزياء للصف الثامن ، دورات وواجبات الفيزياء للصف الثامن

محتوى الدرس ملاحظات الدرسدعم إطار عرض الدرس وأساليب تسريع التقنيات التفاعلية يمارس المهام والتمارين ورش عمل الاختبار الذاتي، والتدريبات، والحالات، والمهام، والواجبات المنزلية، وأسئلة المناقشة، والأسئلة البلاغية من الطلاب الرسوم التوضيحية الصوت ومقاطع الفيديو والوسائط المتعددةصور فوتوغرافية، صور، رسومات، جداول، رسوم بيانية، فكاهة، نوادر، نكت، كاريكاتير، أمثال، أقوال، كلمات متقاطعة، اقتباسات الإضافات الملخصاتالمقالات والحيل لأسرّة الأطفال الفضوليين والكتب المدرسية الأساسية والإضافية للمصطلحات الأخرى تحسين الكتب المدرسية والدروستصحيح الأخطاء في الكتاب المدرسيتحديث جزء من الكتاب المدرسي، وعناصر الابتكار في الدرس، واستبدال المعرفة القديمة بأخرى جديدة فقط للمعلمين دروس مثاليةالخطة التقويمية للسنة، التوصيات المنهجية، برامج المناقشة دروس متكاملة