الموجات والصوت
شدة الصوت مقابل المسافة
تتناقص الشدة كـ 1/r² — حرّك المستمع وشاهد I وL يتغيران.
شدة الصوت مقابل المسافة — محاكاة الموجات والصوت تفاعلية. تتناقص الشدة كـ 1/r² — حرّك المستمع وشاهد I وL يتغيران. مختبر فيزياء افتراضي مجاني يعمل في المتصفح مع قياسات حية بوحدات النظام الدولي وشرح موجّه.
شدة تربيعية عكسية
تهبط شدة الصوت كـ1/r² من مصدر نقطي في ثلاثة أبعاد.
تتوزع القدرة على سطح كروي مساحته 4πr²، لذا الشدة I = P/(4πr²). مضاعفة المسافة تُربِّع المقام فتقسم الشدة على أربعة.
- I = P/(4πr²)
- I ∝ 1/r²
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
مكبر صوت يشع الصوت بالتساوي في كل الاتجاهات. إذا ابتعد المستمع ضعف المسافة، فكم تهبط شدة الصوت؟
توقعات للموازنة
- تهبط إلى 1/2 — تتناقص خطيًا مع المسافة.
- تهبط الشدة إلى 1/4 — تتناقص مع مربع المسافة.
- تبقى الشدة كما هي مهما كانت المسافة.
أدوار المتغيرات
ما تضبطه:
- المسافة r (m)
ما تقيسه:
- الشدة I (µW/m²)
كيف يجري التحقيق
- افتح تجربة شدة الصوت واضغط إعادة. يشع المصدر 0.05 W في كل الاتجاهات (انتشار كروي).
- فعّل قراءة الشدة عند المستمع.
- اضبط مسافة المستمع عن المصدر لكل تجربة وسجل الشدة.
المعادلة الحاكمة
قانون التربيع العكسي لشدة الصوت — I = P/(4πr²)
القدرة المشعة بالتساوي في كل الاتجاهات تتوزع على كرة مساحتها 4πr². فالشدة — قدرة لكل وحدة مساحة — تتناقص كـ1/r² مع البعد عن المصدر.
ما يطلب من الطلاب استخراجه في ورقة العمل القابلة للطباعة
- لمحاولة واحدة، احسب I = P/(4πr²) باستخدام P = 0.05 W، معبرًا عن إجابتك بوحدة µW/m² (1 µW/m² = 10⁻⁶ W/m²). قارن بالجدول.
- بلغة مساحة سطح الكرة 4πr²، اشرح لماذا يجعل انتشار قدرة الصوت إلى الخارج الشدةَ تتناقص كـ1/r² لا كـ1/r.
أين يظهر هذا خارج المختبر
- مضاعفة المسافة تربّع الشدة، لكن الجهارة (بالديسيبل) تهبط بمقدار ثابت مع كل مضاعفة للمسافة تقريبًا. انظر تجربة الديسيبل — أي دالة تحول نسبة شدة ×4 إلى فرق dB ثابت؟
- تفترض هذه التجربة أن المصدر يشع بالتساوي في كل اتجاه. البوق يركز الصوت بدلًا من ذلك في مخروط ضيق. كيف تتوقع أن يتغير قانون 1/r² لمصدر مركز عند المسافة نفسها؟
- 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 شدة الصوت
- حدد المستمع
- اضغط تشغيل
- أضعف مع البعد
- افتح لوحة الخصائص
- أحسنت!
افتح المحاكاة التفاعلية لبناء المشهد، واضغط تشغيل، واستكشف بقياسات حية وشرح موجّه.