ViewWiki

העולם, קצת יותר מקרוב

קול.

קול הוא דחיסה שנעה. דחפו את האוויר בקצה אחד, ודפוס של הצטופפות והתפזרות ירוץ לאורך הצינור, בזמן שהאוויר עצמו נשאר במקומו.

גלו את הסצנה מאמר אינטראקטיבי

01 / הניסוי

דחיסה שנעה.

שנו את גובה הצליל ואת עוצמת הקול, ואז עברו לתצוגת הלחץ כדי לראות את צורת הגל.

תמונה של הסצנה התלת־ממדית „קול”, שעוסקת בשאלה: אם האוויר לא נע לאורך הצינור, מה כן נע?
סצנה אינטראקטיבית

הגרסה האינטראקטיבית נטענת…

ההסבר שלמטה זמין כבר עכשיו, בזמן שהסצנה נטענת.

הגל מואט פי כמה מאות כדי שתוכלו לעקוב אחריו. קול אמיתי חוצה את הצינור הזה בכמה מאיות שנייה.כמה מאות חלקיקים מייצגים טריליונים. התזוזות, וגם זו של ממברנת הרמקול, מוגדלות מאוד. הרטט האקראי הקטן מייצג את התנועה התרמית של האוויר עצמו. הוא מואט הרבה יותר מהגל, כי מולקולות אמיתיות מתרוצצות מהר יותר ממהירות הקול.

02 / שלוש חוגות

מרווח, גובה, מהירות.

כל צליל שאתם שומעים הוא כוונון של שלוש החוגות האלה.

תדירות01

גובה הצליל

יותר גלים בכל שנייה פירושם שהדחיסות מגיעות קרובות יותר זו לזו. אנחנו שומעים את זה כצליל גבוה יותר.

מה נמדד
כמה גלים בכל שנייה
יחידה
הרץ (Hz)
מה משתנה
אורך הגל
משרעת02

עוצמת הקול

תנודה גדולה יותר דוחסת את האוויר חזק יותר. הגל גבוה יותר, אבל אורך הגל שלו נשאר אותו דבר.

מה נמדד
כמה רחוק החלקיקים מתנדנדים
יחידה
דציבל (dB)
מה משתנה
הגובה, לא המרווח
התווך03

מהירות

נקבעת לפי מה שהקול עובר דרכו: כ־343 m/s באוויר, 1,480 במים, 5,960 בפלדה.

מה נמדד
כמה מהר הדחיסה נעה
יחידה
מטרים לשנייה
מה משתנה
אורך הגל, בגובה צליל קבוע
הרעיון הגדול

קול הוא דפוס של לחץ שנע דרך תווך. התווך מתנדנד במקומו; רק הדפוס מתקדם.

v = f·λ

מה נע, ומה לא

צפו בחלקיק אחד בסצנה. הוא מתנדנד קדימה ואחורה, תמיד סביב אותה נקודה. הוא אף פעם לא מתקדם לאורך הצינור. הרטט האקראי הקטן שנוסף על כך הוא החום של האוויר, שקיים בו בין שעובר בו קול ובין שלא. ובכל זאת משהו בבירור כן מתקדם: רצועה שבה החלקיקים מצטופפים, ואחריה רצועה שבה הם מתפזרים, שעוברות מהרמקול ועד הקצה הרחוק.

הדפוס המתקדם הזה הוא גל קול. היכן שהחלקיקים מצטופפים, הלחץ גבוה מעט מהרגיל: דחיסה. היכן שהם מתפזרים, הוא נמוך מעט: דילול. כל חלקיק מעביר את הדחיסה הלאה לשכן שלו וחוזר למנוחה. האנרגיה נעה; האוויר נשאר.

גובה הצליל הוא מרווח

העלו את גובה הצליל, והדחיסות מתקרבות זו לזו. הורידו אותו, והן מתרחקות. המרחק מדחיסה אחת לבאה אחריה הוא אורך הגל, ומספר הדחיסות שעוברות בכל שנייה הוא התדירות, שנמדדת בהרץ. תדירות גבוהה יותר פירושה אורך גל קצר יותר, ואנחנו שומעים אותה כצליל גבוה יותר.

נסו: הזיזו את גובה הצליל מ־150 Hz אל 1500 Hz, ובחרו פועל תחת הצגת הלחץ. ספרו את השיאים לאורך הצינור.

חזרה לניסוי

טווח השמיעה של האדם משתרע מעשרים הרץ בערך ועד עשרים אלף, אף שהקצה העליון דועך עם הגיל. תוף בס נמצא קרוב לתחתית הטווח הזה; משרוקית קרוב לראשו.

חזק פירושו רחוק, לא מהיר

עוצמת הקול היא חוגה אחרת. הגבירו אותה, וכל חלקיק מתנדנד רחוק יותר ממקום המנוחה שלו, כך שהדחיסות צפופות יותר והדילולים דלילים יותר. אורך הגל נשאר בדיוק כפי שהיה. התנודה הזאת היא המשרעת של הגל. לצליל חזק ולצליל שקט באותו גובה צליל יש אותה צורה; אחד מהם פשוט גדול יותר.

המהירות תלויה בחומר

קול צריך תווך, משהו לעבור דרכו, והוא נע במהירות שהתווך הזה קובע. באוויר בטמפרטורת החדר הוא עובר כ־343 מטרים בכל שנייה. במים הוא מהיר בערך פי ארבעה, ובפלדה בערך פי שבעה־עשר. חומרים קשיחים יותר מעבירים את הדחיסה הלאה מהר יותר; פלדה ומים קשיחים בהרבה מאוויר, וזה יותר ממפצה על כך שהם צפופים יותר.

החליפו את התווך וצפו באורך הגל משתנה, אף שגובה הצליל לא השתנה. המהירות שווה לתדירות כפול אורך הגל, ולכן תווך מהיר יותר מותח כל גל לאורך.

היכן שאין מה לדחוס, אין קול. החלל שקט לא משום שהוא רחוק, אלא משום שהוא ריק.

שומעים את זה

עור התוף שלכם הוא קרום זעיר שהדחיסות דוחפות והדילולים מושכים, כמה מאות עד כמה אלפי פעמים בשנייה. עצמות באוזן התיכונה מעבירות את הרטט הזה אל סליל מלא נוזל באוזן הפנימית, ושם תאי שערה הופכים אותו לאותות עצביים. כל השרשרת מתחילה באותו דבר שאתם רואים בצינור: דפוס של לחץ, בתנועה.

מותר לעשות בהם שימוש חוזר, עם קרדיט ל־ViewWiki וקישור לעמוד הזה.

04 / ללמוד את זה בקורס

תרגול, צעד אחר צעד.

השיעור הזה מלמד את הנושא עם שאלות שנבדקות.

  1. קול פיזיקה · גלים וקול