Sicherlich haben Sie schon oft gesehen, dass bei einem Sturm das erste Licht ist, das der Blitz ist, und dann der Ton kommt. Dies liegt an der Schallgeschwindigkeit. Wissenschaftler haben herausgefunden, mit welcher Geschwindigkeit sich Schall maximal durch die Luft ausbreiten kann. In der Physik ist das ziemlich wichtig.
Daher widmen wir diesen Artikel Ihnen alles, was Sie über die Schallgeschwindigkeit und ihre Ausbreitung wissen müssen.
Schallgeschwindigkeit
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Schallwelle hängt von den Eigenschaften des Mediums ab, in dem sie sich ausbreitet, nicht von den Eigenschaften der Welle oder der Kraft, die sie erzeugt. Diese Ausbreitungsgeschwindigkeit von Schallwellen wird auch Schallgeschwindigkeit genannt. In der Erdatmosphäre die Temperatur beträgt 20 °C, das sind 343 Meter pro Sekunde.
Die Schallgeschwindigkeit variiert mit dem Ausbreitungsmedium und die Art und Weise, wie sie sich im Medium ausbreitet, hilft, bestimmte Eigenschaften des Übertragungsmediums besser zu verstehen. Wenn sich die Temperatur des Ausbreitungsmediums ändert, ändert sich auch die Schallgeschwindigkeit. Dies liegt daran, dass eine Temperaturerhöhung zu einer Erhöhung der Häufigkeit von Wechselwirkungen zwischen schwingungstragenden Teilchen führt, was zu einer Erhöhung der Wellengeschwindigkeit führt.
Generell ist die Schallgeschwindigkeit in Feststoffen höher als in Flüssigkeiten und die Schallgeschwindigkeit in Flüssigkeiten höher als in Gasen. Denn je fester die Materie ist, desto größer ist der Zusammenhalt der Atombindungen, was die Ausbreitung von Schallwellen begünstigt.
Die Schallausbreitungsgeschwindigkeit hängt hauptsächlich von der Elastizität des Mediums ab, das ihn ausbreitet. Elastizität bezieht sich auf die Fähigkeit, seine ursprüngliche Form wiederherzustellen.
Was ist Klang?
Schall ist eine Druckwelle, die sich durch Kompression und Depression durch die Luft ausbreiten kann. Der Klang, den wir um uns herum wahrnehmen, ist nichts anderes als Energie, die durch Schwingungen erzeugt wird, die sich durch die Luft oder ein anderes Medium ausbreiten, die empfangen und gehört werden können, wenn sie das menschliche Ohr erreichen. Wir wissen, dass sich Schall in Form von Wellen ausbreitet.
Wellen sind Schwingungsstörungen im Medium, die ohne direkten Kontakt zwischen diesen beiden Punkten Energie von einem Punkt zum anderen übertragen. Wir können sagen, dass die Welle durch die Schwingung der Teilchen des Mediums, das sie durchquert, erzeugt wird, dh den Ausbreitungsvorgang, der der Längsverschiebung (in Ausbreitungsrichtung) der Luftmoleküle entspricht. Der Bereich mit großer Verschiebung erscheint in dem Bereich, in dem die Amplitude der Druckänderung Null ist und umgekehrt.
Der Ton in einem Lautsprecher
Luft in einer Röhre mit einem Lautsprecher an einem Ende und geschlossen am anderen Ende vibriert in Form von Wellen. In Längsrichtung statisch. Eigene Schwingungsformen von Rohren mit diesen Eigenschaften. Es entspricht einer Sinuswelle, deren Wellenlänge so ist, dass es einen Punkt der Amplitude Null gibt. Der Auslassknoten am Ende des Lautsprechers und das geschlossene Ende der Röhre, da sich die Luft aufgrund des Lautsprechers bzw. der Röhrenkappe nicht frei bewegen kann. In diesen Knoten haben wir eine maximale Variation des Drucks, einen Schwingungsbauch oder Bauch, der stehenden Welle.
Schallgeschwindigkeit in verschiedenen Medien
Die Schallgeschwindigkeit variiert je nach Medium, in dem sich die Schallwelle ausbreitet. Sie ändert sich auch mit der Temperatur des Mediums. Dies liegt daran, dass eine Temperaturerhöhung eine Zunahme der Häufigkeit von Wechselwirkungen zwischen Partikeln verursacht, die Schwingungen tragen, und eine Zunahme dieser Aktivität erhöht die Geschwindigkeit.
Im Schnee kann Schall zum Beispiel weite Strecken zurücklegen. Dies ist auf die Brechung unter Schnee zurückzuführen, der kein homogenes Medium ist. Jede Schneeschicht hat eine andere Temperatur. Die tiefsten Stellen, die die Sonne nicht erreichen kann, sind kälter als die Oberfläche. In diesen kühleren bodennahen Schichten ist die Schallausbreitungsgeschwindigkeit geringer.
Generell ist die Schallgeschwindigkeit bei Festkörpern größer als bei Flüssigkeiten und bei Flüssigkeiten größer als bei Gasen. Denn je höher der Zusammenhalt der atomaren oder molekularen Bindungen ist, desto stärker ist die Substanz. Die Schallgeschwindigkeit in Luft (bei einer Temperatur von 20 ° C) beträgt 343,2 m / s.
Sehen wir uns die Schallgeschwindigkeit in einigen Medien an:
- In Luft, bei 0 ° C, breitet sich Schall mit einer Geschwindigkeit von 331 m / s aus (für jedes Grad Celsius steigt die Temperatur, die Schallgeschwindigkeit erhöht sich um 0,6 m / s).
- Im Wasser (bei 25°C) sind es 1593 m/s.
- In Geweben sind es 1540 m / s.
- In Holz sind es 3700 m / s.
- In Beton sind es 4000 m / s.
- In Stahl sind es 6100 m / s.
- Bei Aluminium sind es 6400 m/s.
- Bei Cadmium sind es 12400 m/s.
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Druckwelle ist bei der Untersuchung des Resonanzphänomens im Kollektor eines Hubkolbenmotors sehr wichtig und hängt von den Eigenschaften der Umgebung ab. Bei Gasen hängt beispielsweise das verdampfte Gemisch im Ansaugkrümmer oder die im Abgaskrümmer verbrannten Gase von deren Dichte und Druck ab.
Arten von sich ausbreitenden Wellen
Es gibt zwei Arten von Wellen: Longitudinalwellen und Transversalwellen.
- Längswelle: Welle, bei der die Teilchen eines Mediums in der gleichen Richtung wie die Welle von einer Seite zur anderen schwingen. Das Medium kann fest, flüssig oder gasförmig sein. Schallwellen sind daher Longitudinalwellen.
- Transversalwelle: Eine Welle, bei der die Teilchen im Medium "rechtwinklig" zur Bewegungsrichtung der Welle auf und ab schwingen. Diese Wellen treten nur in Festkörpern und Flüssigkeiten auf, nicht in Gasen.
Aber denken Sie daran, dass sich Wellen in alle Richtungen ausbreiten, daher ist es einfacher, sich vorzustellen, dass sie eine Kugel durchdringen.
Ich hoffe, dass Sie mit diesen Informationen mehr über die Schallgeschwindigkeit und ihre Eigenschaften erfahren können.