Дял:
Каква е скоростта на звука?
В атмосферата на Земята скорост на звука тя е 343 метра в секунда; или един километър при 2,91 в секунда или една миля при 4,69 в секунда.
Скоростта на звука в идеален газ зависи само от неговата температура и състав. Скоростта има слаба зависимост от честотата и от налягането в обикновения въздух, като се отклонява малко от идеалното поведение.
Каква е скоростта на звука?
Обикновено скоростта на звука се отнася до скоростта, с която звуковите вълни преминават през въздуха. Скоростта на звука обаче варира в зависимост от веществото. Например, звукът се движи по-бавно в газовете, пътува по-бързо в течности и дори по-бързо в твърдите частици.
Ако скоростта на звука е 343 метра в секунда във въздуха, това означава, че пътува с 1484 метра в секунда във вода и на около 5120 метра в секунда в желязо. В един изключително твърд материал, например диамант, звукът се движи на 12 000 метра в секунда. Това е най-високата скорост, при която звукът може да се движи при нормални условия.
Звуковите вълни в твърдите частици са съставени от вълни на компресия - като газове и течности - и от различен тип вълна, наречена ротационни вълни, присъстващи само в твърдите частици. Въртените вълни в твърдите вещества обикновено се движат с различни скорости.
Скоростта на вълните на компресия в твърдите вещества се определя от свиваемостта, плътността и напречния модул на еластичността на средата. Скоростта на въртящите се вълни се определя само от плътността и модула на напречната еластичност на модула.
В динамичен флуид скоростта на звука в течна среда, газ или течност, се използва като относителна мярка за скоростта на обект, движещ се през средата.
Съотношението на скоростта на даден обект към скоростта на светлината във флуид се нарича Номер на март на обект. Обектите, които се движат по-бързо от 1 март, се наричат обекти, които пътуват със свръхзвукови скорости.
Основни понятия
Предаването на звук може да бъде илюстрирано с помощта на модел, състоящ се от серия от топки, свързани помежду си с жици.
В реалния живот топките представляват молекулите и нишките представляват връзките между тях. Звукът преминава през модела, който компресира и разширява нишките, като предава енергия на съседните топки, които от своя страна предават енергията на техните нишки и така нататък..
Скоростта на звука през модела зависи от твърдостта на нишките и от масата на топките.
Докато пространството между топките е постоянно, по-твърдите нишки предават енергията по-бързо, а топки с по-голяма маса предават енергията по-бавно. Ефекти като разсейване и отражение също могат да бъдат разбрани с този модел.
При всеки реален материал твърдостта на нишките се нарича модул на еластичност, а масата съответства на плътността. Ако всички други неща са еднакви, звукът ще се движи по-бавно в порестия материал и по-бързо в по-твърдите материали.
Например, звукът пътува 1,59 пъти по-бързо през никел от бронз, защото твърдостта на никела е по-голяма при същата плътност.
По подобен начин звукът се движи 1,41 пъти по-бързо в лек водороден газ (протий), отколкото в тежък водороден газ (деутерий), тъй като тежкият газ има подобни свойства, но има двойно по-голяма плътност..
В същото време звукът от тип "компресия" ще се движи по-бързо в твърди частици от течности и ще се движи по-бързо в течности, отколкото в газове.
Този ефект се дължи на факта, че твърдите вещества имат по-голяма трудност при компресиране в сравнение с течностите, докато течностите, от друга страна, са по-трудни за компресиране от газовете..
Компресионни вълни и ротационни вълни
В газ или течност звукът се състои от компресионни вълни. В твърдите вещества вълните се разпространяват през два различни типа вълни. Надлъжната вълна е свързана със сгъстяване и декомпресия в посоката на движение; това е един и същ процес в газове и течности, с аналогична вълна на компресия в твърди вещества.
В газове и течности съществуват само компресионни вълни. Допълнителен тип вълна, наречена напречна вълна или ротационна вълна, възниква само в твърди вещества, тъй като само твърдите вещества могат да издържат на еластични деформации.
Това е така, защото еластичната деформация на средата е перпендикулярна на посоката на движение на вълната. Посоката на деформираното въртене се нарича поляризация на този тип вълна. Обикновено напречните вълни възникват като двойка ортогонални поляризации.
Тези различни видове вълни могат да имат различни скорости на една и съща честота. Следователно те могат да достигнат до наблюдател в различни моменти. Пример за това се случва при земетресения, при които първите вълни на остра компресия пристигат първо и осцилиращите напречни вълни пристигат секунди по-късно.
Скоростта на компресия на вълните в течност се определя от свиваемостта и плътността на средата.
В твърдите вещества вълните на компресия са аналогични на тези във флуидите, в зависимост от свиваемостта, плътността и допълнителните фактори на напречния модул на еластичността.
Скоростта на въртящите се вълни, които се срещат само в твърди вещества, се определя само от модула на напречната еластичност и плътността на модула.
препратки
- Скорост на звука в различни медии. Хиперфизика Изтеглено от hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
- Скоростта на звука. Взето от mathpages.com.
- Основното ръководство за акустиката. (2001 г.). Ню Йорк, САЩ. McGraw-Hill. Изтеглено от wikipedia.com.
- Скорост на звука във вода при температури. Инженерната кутия. Получено от engineeringtoolbox.com.
- Скорост на звука във въздуха. Физика на музикални ноти. Изтеглено от phy.mtu.edu.
- Атмосферни ефекти върху скоростта на звука. (1979). Технически доклад на Техническия информационен център на отбраната. Изтеглено от wikipedia.com.