قياس سرعة الصوت من الألعاب النارية

مقدمة

في يومٍ لا أتذكر تاريخه جيدًا، كنت أتمشى كالمعتاد في الليل الذي أحب مؤانسته و كان يوجد إحتفال على مسافةٍ بعيده، لم أشغل بالي وأكملت المسير حتى إستوقفني شيئًا عجيبًا جدًا، وهو أنني ارى ضوء الألعاب النارية على المبنى العالي الذي بجانبي وأسمع بعدها الصوت، وقفت للحظات أعد الثواني من رؤية الضوء على المبنى حتى سماع الصوت وبمعلومية سرعة الصوت 343 متر لكل ثانية تقريبًا، كنت وقتها قادرًا على تحديد مسافة إطلاق الألعاب النارية بشكل تقريبي، ولكنني عزمت على إجراء التجربة بنفسي وإستخدامها لقياس سرعة الصوت. في هذا المقال سنعلم سويًا كيف فعلت ذلك؟

ضوء قبل الصوت

في مقال سابق حرصت على تقديم معلومة يمكن من خلالها معرفة مسافة السحب التي ينشأ بها البرق و الرعد، ذلك لان البرق (الضوء) سرعته أكبر بكثير من الرعد (الصوت) فتقدَّر سرعة الضوء في الفراغ بحوالي 300 الف كيلومتر في الثانية تقريبًا وتقل أشياء بسيطة في وسط مادي مثل الهواء بينما سرعة الصوت تقدَّر بحوالي 343 متر في الثانية وحسب قياسات وكالة الفضاء ناسا سرعته في الهواء حوالي 331 متر لكل ثانية عند 20 درجة مئوية، فيمكن من خلال تلك المعلومة وضع الضوء كعلامة مرجعية لعد الثواني من بعد رؤيته حتى سماع الصوت وبذلك يمكن تحديد مسافة الشيء البعيد عنّا حينما نسمع صوته بشكل تقريبي.

المعطيات:

التجربة

إستعنت بصديق ليصور من مسافة بعيدة عن المكان الذي سأطلق منه الألعاب النارية و بعد ذلك سأستخدم الفيديو كمرجع لمعرفة لحظة الضوء التي سأقيس منها الصوت الذي تسجله الكاميرا، وإستخدام برنامج يحدد المسافة بيني وبين موقع الكاميرا التي يتم منها تسجيل الحدث، بدون الإطالة كثيرًا دعونا نُكمِل التفاصيل.

بدأت في إطلاق الألعاب النارية في الثانية 44.279 وهي الثانية التي عندها لحظة نشأة الضوء كما هو موضح بالصورة التالية

بعد ذلك يتم التركيز لمعرفة اول موجة للصوت عالية على مقياس الصوت التي توضح بدايات الإنفجارعند الثانية 45.214 تقريبًا، والتي منها سنقيس ذلك الفارق الزمني بين الضوء والصوت كما هو موضح بالصورة التالية.

الفارق الزمني بين الضوء و اول لحظات الصوت تقريبًا 0.935 ثانية، المسافة بيني وبين صديقي، تم تحديدها على GPS بمسافة 302.052 متر تقريبًا، كما هو موضح بالصورة التالية.

النتيجة

من معادلة السرعة المذكورة سابقًا، يمكن حساب سرعة الصوت بمعلومة المسافة و الفارق الزمني حيث يكون ناتج سرعة الصوت 323 متر لكل ثانية تقريبًا كما هو موضح بالصورة التالية.

نسبة الخطأ

من فارق النسبة بين حساب ناسا 331 متر لكل ثانية لسرعة الصوت وبين النتيجة السابقة يكون نسبة الخطأ بينهم حوالي 2.4% وبين متوسط سرعة الصوت في الهواء 343 متر لكل ثانية تقريبًا تكون نسبة الخطأ عن النتيجة السابقة 5.8% ويمكن تقليل تلك النسبة بالقياس لعدة مرات واخذ المتوسط سواء في رصد الالعاب النارية او تحديد الموقع على GPS.

خاتمة

يمكنك إعادة التجربة بنفسك ومشاركة النتائج معي على المقال و تلك هي قوة العلم و روعته في التحقق من ظواهر الطبيعة المختلفة.