شدة الصوت وقانون التربيع العكسي
1 · توقّع
مكبر صوت يشع الصوت بالتساوي في كل الاتجاهات. إذا ابتعد المستمع ضعف المسافة، فكم تهبط شدة الصوت؟
- تهبط إلى 1/2 — تتناقص خطيًا مع المسافة.
- تهبط الشدة إلى 1/4 — تتناقص مع مربع المسافة.
- تبقى الشدة كما هي مهما كانت المسافة.
2 · التجهيز
- 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.
3 · اجمع البيانات
| المسافة r (m) | الشدة I (µW/m²) |
|---|---|
| 2.00 | |
| 4.00 | |
| 8.00 |
ارسم الشدة I (المحور y) مقابل 1/r² (المحور x) لتجاربك الثلاث. هل الخط مستقيم يمر بالأصل؟
4 · حلّل
- 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.
5 · وسّع
- 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؟
الفيزياء خلف هذه التجربة
قانون التربيع العكسي لشدة الصوت
القدرة المشعة بالتساوي في كل الاتجاهات تتوزع على كرة مساحتها 4πr². فالشدة — قدرة لكل وحدة مساحة — تتناقص كـ1/r² مع البعد عن المصدر.