Prędkość dźwięku

prędkość dźwięku w samolotach

Z pewnością wiele razy widzieliście, że kiedy jest burza, pierwszą rzeczą, jaką jest światło, jest błyskawica, a potem nadchodzi dźwięk. Wynika to z Prędkość dźwięku. Naukowcy odkryli, jaka jest maksymalna prędkość, z jaką dźwięk może rozchodzić się w powietrzu. W fizyce jest to bardzo ważne.

Dlatego poświęcimy ten artykuł, aby powiedzieć Ci wszystko, co musisz wiedzieć o prędkości dźwięku i sposobie jego rozchodzenia się.

Prędkość dźwięku

Prędkość dźwięku

Szybkość propagacji fali dźwiękowej zależy od właściwości ośrodka, w którym się rozchodzi, a nie od właściwości fali lub siły, która ją wytwarza. Ta prędkość propagacji fal dźwiękowych nazywana jest również prędkością dźwięku. W ziemskiej atmosferze temperatura wynosi 20ºC, czyli 343 metry na sekundę.

Prędkość dźwięku zmienia się w zależności od medium propagacji, a sposób, w jaki się w nim rozchodzi, pomaga lepiej zrozumieć pewne cechy medium transmisyjnego. Gdy zmienia się temperatura ośrodka propagacji, zmienia się również prędkość dźwięku. Dzieje się tak, ponieważ wzrost temperatury prowadzi do wzrostu częstotliwości oddziaływań pomiędzy cząstkami przenoszącymi drgania, co przekłada się na wzrost prędkości fali.

Ogólnie rzecz biorąc, prędkość dźwięku w ciałach stałych jest wyższa niż w cieczach, a prędkość dźwięku w cieczach jest wyższa niż w gazach. Dzieje się tak, ponieważ im bardziej zwarta materia, tym większy stopień spójności wiązań atomowych, co sprzyja propagacji fal dźwiękowych.

Szybkość rozchodzenia się dźwięku zależy głównie od elastyczności ośrodka, który go rozchodzi. Elastyczność odnosi się do zdolności przywracania jej pierwotnego kształtu.

Czym jest dźwięk

Dźwięk to fala ciśnienia, która może rozchodzić się w powietrzu poprzez kompresję i depresję. Dźwięk, który odbieramy wokół nas, to nic innego jak energia generowana przez wibracje rozchodzące się w powietrzu lub innym medium, którą można odbierać i słyszeć, gdy dociera do ludzkiego ucha. Wiemy, że dźwięk rozchodzi się w postaci fal.

Fale to zaburzenia wibracyjne w ośrodku, które przenoszą energię z jednego punktu do drugiego bez bezpośredniego kontaktu między tymi dwoma punktami. Można powiedzieć, że fala jest wytwarzana przez drgania cząstek ośrodka, przez który przechodzi, czyli proces propagacji odpowiadający podłużnemu przemieszczeniu (w kierunku propagacji) cząsteczek powietrza. Obszar o dużym przemieszczeniu pojawia się w obszarze, w którym amplituda zmiany ciśnienia wynosi zero i odwrotnie.

Dźwięk w głośniku

głośnik

Powietrze w tubie z głośnikiem z jednej strony i zamknięte z drugiej strony drga w postaci fal. Statyczny wzdłużnie. Własne tryby drgań rur o tych charakterystykach. Odpowiada fali sinusoidalnej, której długość fali jest taka, że ​​istnieje punkt o zerowej amplitudzie. Węzeł wydechowy na końcu głośnika i zamknięty koniec rury, ponieważ powietrze nie może się swobodnie poruszać odpowiednio z powodu głośnika i nasadki rury. W tych węzłach mamy maksymalną zmienność ciśnienia, antywęzeł lub brzuch fali stojącej.

Prędkość dźwięku w różnych mediach

dźwiękowy eksperyment

Prędkość dźwięku zmienia się w zależności od ośrodka, w którym rozchodzi się fala dźwiękowa. Zmienia się również wraz z temperaturą medium. Dzieje się tak dlatego, że wzrost temperatury powoduje wzrost częstotliwości oddziaływań między cząstkami przenoszącymi drgania, a wzrost tej aktywności zwiększa prędkość.

Na przykład w śniegu dźwięk może przenosić się na duże odległości. Wynika to z załamania pod śniegiem, który nie jest ośrodkiem jednorodnym. Każda warstwa śniegu ma inną temperaturę. Najgłębsze miejsca, do których słońce nie może dotrzeć, są zimniejsze niż powierzchnia. W tych zimniejszych warstwach znajdujących się blisko ziemi prędkość propagacji dźwięku jest mniejsza.

Ogólnie rzecz biorąc, prędkość dźwięku jest większa w ciałach stałych niż w cieczach i większa w cieczach niż w gazach. Dzieje się tak, ponieważ im wyższa kohezja wiązań atomowych lub molekularnych, tym silniejsza substancja. Prędkość dźwięku w powietrzu (w temperaturze 20°C) wynosi 343,2 m/s.

Zobaczmy prędkość dźwięku w niektórych mediach:

  • W powietrzu w temperaturze 0°C dźwięk rozchodzi się z prędkością 331 m/s (na każdy stopień Celsjusza temperatura wzrasta, prędkość dźwięku wzrasta o 0,6 m/s).
  • W wodzie (przy 25°C) wynosi 1593 m/s.
  • W tkankach wynosi 1540 m/s.
  • W drewnie wynosi 3700 m/s.
  • W betonie to 4000 m/s.
  • W stali wynosi 6100 m/s.
  • W aluminium jest to 6400 m/s.
  • W kadmie wynosi 12400 XNUMX m/s.

Szybkość propagacji fali ciśnieniowej jest bardzo ważna w badaniu zjawiska rezonansu w kolektorze silnika tłokowego i zależy od charakterystyki środowiska. Na przykład w przypadku gazów odparowana mieszanina w kolektorze dolotowym lub gazy spalone w kolektorze wydechowym zależą od ich gęstości i ciśnienia.

Rodzaje rozchodzących się fal

Istnieją dwa rodzaje fal: fale podłużne i fale poprzeczne.

  • Fala podłużna: Fala, w której cząstki ośrodka drgają z jednej strony na drugą w tym samym kierunku co fala. Medium może być stałe, ciekłe lub gazowe. Dlatego fale dźwiękowe są falami podłużnymi.
  • Fala poprzeczna: Fala, w której cząstki w ośrodku wibrują w górę iw dół „pod kątem prostym” do kierunku ruchu fali. Fale te pojawiają się tylko w ciałach stałych i cieczach, a nie w gazach.

Pamiętaj jednak, że fale rozchodzą się we wszystkich kierunkach, więc łatwiej jest myśleć, że przechodzą przez kulę.

Mam nadzieję, że dzięki tym informacjom można dowiedzieć się więcej o szybkości dźwięku i jego charakterystyce.


Treść artykułu jest zgodna z naszymi zasadami etyka redakcyjna. Aby zgłosić błąd, kliknij tutaj.

Bądź pierwszym który skomentuje

Zostaw swój komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *

*

*

  1. Odpowiedzialny za dane: Miguel Ángel Gatón
  2. Cel danych: kontrola spamu, zarządzanie komentarzami.
  3. Legitymacja: Twoja zgoda
  4. Przekazywanie danych: Dane nie będą przekazywane stronom trzecim, z wyjątkiem obowiązku prawnego.
  5. Przechowywanie danych: baza danych hostowana przez Occentus Networks (UE)
  6. Prawa: w dowolnym momencie możesz ograniczyć, odzyskać i usunąć swoje dane.