Plik Szybkość dźwięku Odpowiada to szybkości, z jaką fale podłużne rozchodzą się w danym ośrodku, powodując kolejne uciśnięcia i rozszerzenia, które mózg interpretuje jako dźwięk.
W ten sposób fala dźwiękowa przemieszcza się na określoną odległość na jednostkę czasu, która zależy od medium, przez które się przemieszcza. Rzeczywiście, fale dźwiękowe wymagają medium materialnego dla uciśnięć i rozszerzeń, o których wspominaliśmy na początku. Dlatego dźwięk nie rozchodzi się w próżni.
Ale ponieważ żyjemy zanurzeni w oceanie powietrza, fale dźwiękowe mają medium, w którym się poruszają, co umożliwia słyszenie. Prędkość dźwięku w powietrzu i przy 20 ° C wynosi około 343 m / s (1087 ft / s) lub około 1242 km / h, jeśli wolisz.
Aby znaleźć prędkość dźwięku w medium, musisz trochę wiedzieć o jego właściwościach.
Ponieważ medium materialne jest na przemian modyfikowane, aby dźwięk mógł się rozchodzić, dobrze jest wiedzieć, jak łatwo lub trudno jest go zdeformować. Moduł ściśliwości b oferuje nam te informacje.
Z drugiej strony gęstość medium, oznaczona jako ρ będzie to również miało znaczenie. Każde medium ma bezwładność, która przekłada się na odporność na przechodzenie fal dźwiękowych, w którym to przypadku ich prędkość będzie mniejsza.
Indeks artykułów
Szybkość dźwięku w ośrodku zależy od jego właściwości sprężystych oraz od bezwładności, jaką przedstawia. Być v prędkość dźwięku, generalnie prawdą jest, że:
Prawo Hooke'a mówi, że odkształcenie w ośrodku jest proporcjonalne do przyłożonego do niego naprężenia. Stała proporcjonalności to właśnie moduł ściśliwości lub moduł objętościowy materiału, który definiuje się jako:
B = - naprężenie / odkształcenie
Naprężenie to zmiana objętości DV podzielona przez oryginalną objętość Vlub. Ponieważ jest ilorazem objętości, brakuje mu wymiarów. Znak minus przed b oznacza to, że przed wydanym wysiłkiem, jakim jest wzrost ciśnienia, objętość końcowa jest mniejsza niż początkowa. Dzięki temu otrzymujemy:
B = -ΔP / (ΔV / Vlub)
W gazie moduł objętościowy jest proporcjonalny do ciśnienia P., będąca stałą proporcjonalności γ, nazywana adiabatyczną stałą gazową. W ten sposób:
B = γP
Jednostki b są tym samym, co ciśnienie. Wreszcie prędkość jest następująca:
Zakładając, że medium jest gazem idealnym, możemy zastąpić ciśnienie P. w podanym wyrażeniu na prędkość. W przypadku gazów doskonałych prawdą jest, że:
Zobaczmy teraz, co się stanie, jeśli nośnik jest wydłużoną bryłą. W takim przypadku należy wziąć pod uwagę inną właściwość medium, jaką jest jego reakcja na naprężenie ścinające lub ścinające:
Jak widzieliśmy, prędkość dźwięku w medium można określić znając jego właściwości. Wysoce elastyczne materiały pozwalają na łatwiejsze rozchodzenie się dźwięku, podczas gdy gęstsze są odporne.
Temperatura to kolejny ważny czynnik. Z równania na prędkość dźwięku w gazie idealnym można zauważyć, że im wyższa temperatura T, wyższa prędkość. Jak zawsze, im wyższa masa cząsteczkowa M, wolniejsza prędkość.
Z tego powodu prędkość dźwięku nie jest ściśle stała, ponieważ warunki atmosferyczne mogą wprowadzać zmiany w jej wartości. Należy się spodziewać, że na wyższych wysokościach nad poziomem morza, gdzie temperatura jest coraz niższa, prędkość dźwięku będzie się zmniejszać..
Szacuje się, że w powietrzu prędkość dźwięku wzrasta o 0,6 m / s na każdy 1 ° C wzrostu temperatury. W wodzie zwiększa się o 2,5 m / s na każdy 1 ° C wzniesienia.
Oprócz wspomnianych już czynników - sprężystość, gęstość i temperatura - istnieją inne, które w zależności od ośrodka wpływają na rozchodzenie się fal dźwiękowych, takie jak:
-Wilgotność powietrza
-Zasolenie wody
-Nacisk
Z tego, co zostało powiedziane powyżej, wynika, że temperatura jest naprawdę decydującym czynnikiem wpływającym na prędkość dźwięku w ośrodku..
Gdy substancja się nagrzewa, jej cząsteczki stają się szybsze i częściej zderzają się. A im bardziej się zderzają, tym większa prędkość dźwięku w środku..
Dźwięki przemieszczające się w atmosferze są zwykle bardzo interesujące, ponieważ jesteśmy w niej zanurzeni i spędzamy większość czasu. W tym przypadku zależność między prędkością dźwięku a temperaturą jest następująca:
331 m / s to prędkość dźwięku w powietrzu przy 0 ° C.W 20 ° C, co odpowiada 293 kelwinom, prędkość dźwięku wynosi 343 m / s, jak wspomniano na początku.
Liczba Macha to bezwymiarowa wielkość, która jest ilorazem prędkości obiektu, zwykle samolotu, i prędkości dźwięku. Bardzo wygodnie jest wiedzieć, jak szybko samolot porusza się w odniesieniu do dźwięku.
Być M Liczba Macha, V prędkość obiektu - statku powietrznego - oraz vs prędkość dźwięku, mamy:
M = V / vs
Na przykład, jeśli samolot porusza się z prędkością 1 Macha, jego prędkość jest taka sama, jak prędkość dźwięku, jeśli porusza się z prędkością 2 Macha, jest dwukrotnie szybsza i tak dalej. Niektóre eksperymentalne bezzałogowe samoloty wojskowe osiągnęły nawet 20 machów.
Dźwięk prawie zawsze przemieszcza się szybciej w ciałach stałych niż w cieczach, az kolei w cieczach jest szybszy niż w gazach, chociaż są pewne wyjątki. Decydującym czynnikiem jest elastyczność ośrodka, która jest tym większa, im większa jest spójność między atomami lub cząsteczkami, z których się składa..
Na przykład dźwięk rozchodzi się szybciej w wodzie niż w powietrzu. Jest to natychmiast zauważalne, gdy zanurzysz głowę w morzu. Dźwięki silników łodzi w oddali są łatwiejsze do usłyszenia niż podczas wychodzenia z wody.
Poniżej znajduje się prędkość dźwięku dla różnych mediów, wyrażona wm / s:
Jeszcze bez komentarzy