الطاقة الصوتية وكيفية الاستفادة منها

تعريف الطاقة الصوتية

تعرف الطاقة الصوتيّة (Sound Energy) بأنّها مقدار قوّة الاهتزازات الناتجة عن مصدر ما، والذي قد يكون إمّا أصواتًا مختلفة أو ضغطًا واقعًا على مادّة ما، وتنتقل الطاقة الصوتيّة عبر الأوساط المختلفة على شكل موجات يطلق عليها اسم الطاقة الميكانيكيّة الحركيّة.

استخدامات الطاقة الصوتية

كميّة الطاقة الصوتيّة عادًة ما تكون صغيرة جدًّا، إلّا أنّ لها استخدامات في العديد من المجالات المختلفة، وفيما يأتي نبذة عن استخداماتها العديدة:

استخدامات الطاقة الصوتية في المجال الطبي

تتعدد استخدامات الطاقة الصوتيّة في المجال الطبيّ، إذ تستخدم الموجات فوق الصوتيّة في العديد من التطبيقات الطبيّة وفيما يلي بعض هذه التطبيقات:

• علاج السرطانات والأورام دون التسبب بالألم الجسديّ للمريض وذلك لعدم اللجوء إلى الجراحة.
• تشخيص العديد من الأمراض المختلفة مثل؛ أمراض القلب، والأورام، وحصى المرارة، وغيرها من الأمراض.
• تفتيت حصوات الكلى عن طريق تعريضها لموجات صوتيّة ذات طاقة عالية تحوّلها إلى قطع صغيرة دون تدخل جراحي يذكر.
• قياس بعض المشاكل التي تصيب أعضاء الجسم المختلفة مثل؛ قياس مقدار تصلّب الأنسجة، وقياس تليّف الكبد.
• عمل صورة للقلب أثناء إجراء عمليّة تخطيط القلب.
• فحص أعضاء وأنسجة الجسم الرخوة مثل؛ الأوعية الدمويّة، والطحال، والبنكرياس، والغدّة الدرقيّة، والثدي، والخصيتين، وغيرها.
• تشخيص الحمل ومراقبة صحة الجنين ووضعيّته كإجراء روتينيّ أثناء الحمل.
• دخول الطاقة الصوتيّة في الاختبارات التي تجرى على المرأة الحامل لاكتشاف التشوّهات الهيكليّة والوظيفيّة عندَ الجنين.
• اكتشاف العديد من المشاكل النسائيّة مثل؛ العقم، والنزيف المهبليّ، ومشاكل الدورة الشهريّة، وغيرها.

استخدامات الطاقة الصوتية في الصناعة

تستخدم الطاقة الصوتيّة في مجال الصناعة في عدّة تطبيقات منها:

• تستخدم للكشف عن قياس سماكة الأنابيب سواءً أكانت معدنيّة أو بلاستيكيّة باستخدام الطاقة الصوتيّة.
• تساعد الطاقة الصوتيّة في الكشف عن العيوب والتشققات الداخليّة التي قد تسبب الأعطال في الآلات الصناعيّة المختلفة دون الحاجة لإزالة الأغطية.
• تساعد الطاقة الصوتية في الكشف عن القطع المكوّنة لأجزاء الآلات الصناعيّة المختلفة الداخلية ومواصفاتها الفيزيائية.
• تستخدم الطاقة الصوتيّة في تنظيف قطع المجوهرات، وذلك من خلال تعريضها للاهتزازات الصوتيّة التي تعمل على تحريك الأوساخ الموجودة على سطحها، وتؤدي إلى تفتيت هذه الشوائب.
• تفيد الطاقة الصوتيّة في تنظيف العديد من الأشياء التي يصعب الوصول إليها مثل؛ الأنابيب حلزونيّة الشكل والقطع الإلكترونيّة الحساسة من الأوساخ والشحوم العالقة بها.
• يمكن للطاقة الصوتيّة اكتشاف الثروات المختلفة المدفونة تحتَ قاع المحيطات مثل؛ المعادن، والبترول، والتكوينات الصخريّة التي تحتوي على مواد غازية.

استخدامات الطاقة الصوتية في صناعة الشحن

تدخل الطاقة الصوتيّة في صناعة الشحن، فالصوت ينتقل عبرَ الماء بسرعة أكبر من انتقال الضوء فيه ، وفيما يلي بعض هذه التطبيقات:

• تستخدم الطاقة الصوتيّة في الملاحة البحريّة لتحديد مواقع السفن والغواصات القريبة والمسافات عنها.
• باستخدام الطاقة الصوتيّة يمكن للملاحين معرفة مواقع الأسماك، والعوائق الموجودة تحتَ سطح الماء.
• تستخدم الطاقة الصوتيّة بشكل كبير في الاستخدامات العسكرية لتحديد المواقع في البحار.
• تساعد الطاقة الصوتيّة على إيجاد السفن الغارقة في قاع البحار والمحيطات.

استخدامات الطاقة الصوتية في صناعة الموسيقى

يمكن استخدام الطاقة الصوتيّة في مجال صناعة الموسيقى وذلك من خلال إنتاج كميّة كبيرة من الطاقة الصوتيّة وإعادة استخدامها في الأجهزة الموسيقيّة مثل؛ الأجهزة الصوتيّة، ومكبرات الصوت.

استخدامات الطاقة الصوتية في العلوم

استخدمَ العلماء الطاقة الصوتيّة في العديد من المجالات، ومن هذه الاستخدامات:

• تستخدم في صناعة أجهزة تعمل على تحويل الطاقة الصوتيّة إلى طاقة كهربائيّة، وهيَ عبارة عن محوّلات طاقة قد تعمل بالاتجاه العكسيّ فتحوّل الكهرباء إلى طاقة صوتيّة.
• استخدمت الطاقة الصوتيّة في قياس مقدار العمق بواسطة موجات السونار، والتي استفاد منها العلماء في البحث تحتَ الماء، ورسم قاع المحيطات.
• تعمل الطاقة الصوتيّة كإنذارات مبكرة قبل الانفجار البركاني مباشرة.
• تستخدم الطاقة الصوتية لدراسة مكونات الطبقات الأرضية.

إنتاج الطاقة الصوتية

تنتج الطاقة الصوتيّة عندما تتسبب قوّة ما واقعة على مادّة ما بتحويل الطاقة الكامنة الموجودة في هذه المادّة إلى طاقة حركيّة، وتكون هذه الطاقة الحركيّة على شكل سلسلة من الاهتزازات التي تنتقل عبرَ جزيئات المادّة بسبب تعرّضها للضغط، وهوَ ما يطلق عليها اسم الانتشار، ممّا يؤدي إلى إنتاج موجة صوتيّة تتحرّك إلى خارج مصدرها.

ويتطلّب إنتاج الطاقة الصوتيّة وجود وسيط ينقل عبره موجات الصوت، إذ يمكن أن تنتقل هذه الموجات عبرَ الوسائط الصلبة، والسائلة، والغازيّة.

قياس الطاقة الصوتية

تقاس شدّة الطاقة الصوتيّة بوحدة الديسبيل، ويمكن معرفة مقدار شدّة الطاقة الصوتيّة بالاعتماد على خصائص الموجات التي تصدرها، إذ يزداد مقدار الطاقة الصوتيّة كلّما ازدات قوّة الموجات الصادرة عن الصوت، ويمكن قياس الموجات من خلال أربعة عناصر رئيسيّة هيَ:

• الطول الموجيّ

يعرف الطول الموجيّ من خلال احتساب المسافة الأفقيّة الواقعة بينَ نقطتين متتاليتين ومتكافئتين من الموجة الصوتية، وقد تكون هذه النقطتين تشكلانِ قمّتيّ موجتين متتالتين أو على قاعيّ موجتين متتاليتين.

• الزمن الدوريّ للموجة

يقاس الزمن الدوريّ للموجة بحساب مقدار الزمن الذي يحتاجه طول موجيّ واحد ليعبر نقطة معيّنة.

• سعة الموجة

تقاس سعة الموجة بمقدار ارتفاع الموجة الصوتية، وتتأثّر قيمتها بارتفاع أو انخفاض الصوت الناتجة عنه، فإذا كان الصوت مرتفعًا فإنّ سعة الموجة ستكون كبيرة، أمّا الموجات ذات السعة القليلة فتكون ناتجة عن صوت منخفض، لذا فإنّ سعة الموجة تعبّر عن شدّة الصوت.

• تردد الموجة

تردد الموجة هوَ عدد الموجات التي تعبر نقطة معيّنة في الثانية الواحدة، ويقاس بوحدة الهيرتز، ويتناسب تردد الموجة مع مقدار الصوت، فإذا كانَ الصوت مرتفعًا فإنّ تردد الموجة سيكون عالٍ، أمّا إذا كانَ الصوت منخفضّا فإنّ تردد الموجة سيكون منخفضًا.