الموجات والصوت
مقياس الديسيبل عند الأذن
المصدر الأعلى يرفع مستوى الديسيبل عند مسافة ثابتة.
مقياس الديسيبل عند الأذن — محاكاة الموجات والصوت تفاعلية. المصدر الأعلى يرفع مستوى الديسيبل عند مسافة ثابتة. مختبر فيزياء افتراضي مجاني يعمل في المتصفح مع قياسات حية بوحدات النظام الدولي وشرح موجّه.
مقياس الديسيبل
يضغط مقياس الديسيبل مدى شدات ضخمًا إلى أرقام قابلة للإدارة بلوغاريتم.
مستوى الصوت β = 10 log₁₀(I/I₀) dB. زيادة 10 dB تعني عشرة أضعاف الشدة. المصادر الأشدّ صوتًا ترفع β على مسافة ثابتة.
- β = 10 log₁₀(I/I₀)
- Δβ = 10 log₁₀(I₂/I₁)
موجز التحقيق
خطط للسؤال قبل فتح المختبر
تعكس المقدمة الصفحة المُصيّرة مسبقًا: سؤال القيادة، والتوقعات المتنافسة، وأدوار المتغيرات، والقوانين الحاكمة، والتجهيز، والتحليل، وأسئلة التوسع تبقى مرئية وبهذا الترتيب.
السؤال القائد
تمتد شدات الصوت التي يسمعها الإنسان بعامل تريليون، من الهمس إلى محرك نفاث. لماذا نقيس الجهارة بالديسيبل لا مباشرة بوحدة W/m²؟
توقعات للموازنة
- الديسيبل مقياس لوغاريتمي، فخطوات dB المتساوية تقابل قفزات مضاعِفة متساوية في الشدة.
- الديسيبل مجرد W/m² معاد تحجيمها خطيًا للراحة.
- الديسيبل يقيس شيئًا مختلفًا فيزيائيًا عن الشدة.
أدوار المتغيرات
ما تضبطه:
- المسافة r (m)
ما تقيسه:
- الشدة I (µW/m²)
- مستوى الصوت β (dB)
كيف يجري التحقيق
- افتح تجربة الديسيبل واضغط إعادة. يشع المصدر 0.12 W في كل الاتجاهات.
- فعّل قراءتي الشدة ومستوى الصوت عند المستمع.
- اضبط مسافة المستمع عن المصدر لكل تجربة وسجل الشدة ومستوى الصوت.
المعادلة الحاكمة
مستوى الصوت بالديسيبل — L = 10·log₁₀(I/I₀)
يضغط مقياس الديسيبل النطاق الديناميكي الهائل للشدة باستخدام لوغاريتم أساسه 10 نسبة إلى أهدأ شدة مسموعة I₀ = 10⁻¹² W/m²، فكل +10 dB تمثل قفزة ×10 في الشدة الفعلية.
ما يطلب من الطلاب استخراجه في ورقة العمل القابلة للطباعة
- لمحاولة واحدة، احسب I = P/(4πr²) باستخدام P = 0.12 W (أبلغ بوحدة µW/m²، 1 µW/m² = 10⁻⁶ W/m²)، ثم β = 10·log₁₀(I/I₀) بشدة مرجعية I₀ = 10⁻¹² W/m². قارن كليهما بالجدول.
- رغم أن أقرب تجاربك وأبعدها تختلفان في الشدة بعامل 16، لا يتغير عمود مستوى الصوت إلا بنحو 12 dB بينهما. اشرح لماذا، مستخدمًا اللوغاريتم في الصيغة.
أين يظهر هذا خارج المختبر
- تُعرَّف الشدة المرجعية I₀ = 10⁻¹² W/m² بأنها تقريبًا أهدأ صوت يسمعه الإنسان (0 dB). باستخدام المعادلة، ما مستوى الصوت الذي سيقيسه المستمع عند الشدة العتبية بالضبط؟
- كل +10 dB يقابل زيادة ×10 في الشدة لا مضاعفة. بالصيغة، كم dB تقريبًا تضيفه شدة تتضاعف (×2)؟
- AP Physics 2 — Unit 14: Waves, Sound, and Physical Optics
- IB Physics — C.2 Wave model
- General High School Physics — Waves & sound
- NGSS High School Physics — Wave properties
- أهلًا بك في ديسيبل الصوت
- حدد المستمع
- اضغط تشغيل
- جهارة لوغاريتمية
- افتح لوحة الخصائص
- أحسنت!
افتح المحاكاة التفاعلية لبناء المشهد، واضغط تشغيل، واستكشف بقياسات حية وشرح موجّه.