ความเร็วของเสียง

หลายครั้งที่ท่านได้เห็นอย่างแน่นอนว่าเมื่อมีพายุ สิ่งแรกที่มีคือแสงคือฟ้าแลบแล้วเสียงก็มาถึง ทั้งนี้เป็นเพราะ ความเร็วของเสียง. นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบความเร็วสูงสุดที่เสียงสามารถแพร่กระจายผ่านอากาศได้ ในวิชาฟิสิกส์นี่ค่อนข้างสำคัญ

ดังนั้น เราจะอุทิศบทความนี้เพื่อบอกคุณทุกสิ่งที่คุณจำเป็นต้องรู้เกี่ยวกับความเร็วของเสียงและการแพร่กระจายของเสียง

ความเร็วของเสียง

ความเร็วของการแพร่กระจายของคลื่นเสียงขึ้นอยู่กับลักษณะของตัวกลางในการแพร่กระจาย ไม่ได้ขึ้นอยู่กับลักษณะของคลื่นหรือแรงที่สร้างคลื่นเสียง ความเร็วการแพร่กระจายของคลื่นเสียงนี้เรียกอีกอย่างว่าความเร็วของเสียง ในชั้นบรรยากาศของโลก อุณหภูมิอยู่ที่ 20ºC ซึ่งเท่ากับ 343 เมตรต่อวินาที

ความเร็วของเสียงแตกต่างกันไปตามสื่อการแพร่กระจายและวิธีที่มันแพร่กระจายในตัวกลางช่วยให้เข้าใจลักษณะเฉพาะบางอย่างของสื่อส่งสัญญาณได้ดีขึ้น เมื่ออุณหภูมิของตัวกลางในการแพร่กระจายเปลี่ยนไป ความเร็วของเสียงก็จะเปลี่ยนไปด้วย เนื่องจากการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิทำให้ความถี่ของการโต้ตอบระหว่างอนุภาคที่มีการสั่นสะเทือนเพิ่มขึ้น ซึ่งแปลเป็นการเพิ่มความเร็วของคลื่น

โดยทั่วไปแล้ว ความเร็วของเสียงในของแข็งจะสูงกว่าในของเหลว และความเร็วของเสียงในของเหลวจะสูงกว่าในก๊าซ นี่เป็นเพราะว่าสสารที่เป็นของแข็งมากขึ้น ระดับการเกาะติดกันของพันธะอะตอมก็จะยิ่งมากขึ้น ซึ่งเอื้อต่อการแพร่กระจายของคลื่นเสียง

ความเร็วของการแพร่กระจายเสียงขึ้นอยู่กับความยืดหยุ่นของตัวกลางที่แพร่กระจายเป็นหลัก ความยืดหยุ่นหมายถึงความสามารถในการฟื้นฟูรูปร่างเดิม

เสียงคืออะไร

เสียงเป็นคลื่นความดันที่สามารถแพร่กระจายผ่านอากาศโดยการบีบอัดและกดทับ เสียงที่เรารับรู้รอบตัวเราไม่ได้เป็นเพียงพลังงานที่เกิดจากการสั่นสะเทือนที่แพร่กระจายผ่านอากาศหรือสื่ออื่นๆ ที่สามารถรับและได้ยินเมื่อไปถึงหูของมนุษย์ เรารู้ว่าเสียงเดินทางในรูปของคลื่น

คลื่นเป็นการรบกวนแบบสั่นสะเทือนในตัวกลาง ซึ่งถ่ายเทพลังงานจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งโดยไม่มีการสัมผัสโดยตรงระหว่างจุดสองจุดนี้ เราสามารถพูดได้ว่าคลื่นเกิดจากการสั่นสะเทือนของอนุภาคของตัวกลางที่มันผ่านไป นั่นคือกระบวนการแพร่กระจายที่สอดคล้องกับการกระจัดตามยาว (ในทิศทางของการแพร่กระจาย) ของโมเลกุลอากาศ พื้นที่ที่มีการกระจัดขนาดใหญ่จะปรากฏในพื้นที่ที่แอมพลิจูดของการเปลี่ยนแปลงความดันเป็นศูนย์และในทางกลับกัน

เสียงในลำโพง

อากาศในท่อที่มีลำโพงอยู่ที่ปลายข้างหนึ่งและปิดที่ปลายอีกข้างหนึ่งจะสั่นเป็นคลื่น คงที่ตามยาว โหมดการสั่นสะเทือนของหลอดเองด้วยคุณสมบัติเหล่านี้. มันสอดคล้องกับคลื่นไซน์ซึ่งมีความยาวคลื่นจนมีจุดแอมพลิจูดเป็นศูนย์ โหนดไอเสียที่ปลายลำโพงและปลายท่อปิด เนื่องจากอากาศไม่สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระเนื่องจากลำโพงและฝาครอบท่อตามลำดับ ในโหนดเหล่านี้ เรามีความแปรผันสูงสุดของความดัน แอนติโนดหรือพุงของคลื่นนิ่ง

ความเร็วของเสียงในสื่อต่างๆ

ความเร็วของเสียงแตกต่างกันไปตามตัวกลางที่คลื่นเสียงแพร่กระจาย นอกจากนี้ยังเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิของตัวกลาง เนื่องจากอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นทำให้ความถี่ของการโต้ตอบระหว่างอนุภาคที่มีการสั่นสะเทือนเพิ่มขึ้น และการเพิ่มขึ้นของกิจกรรมนี้จะเพิ่มความเร็ว

ตัวอย่างเช่น ในหิมะ เสียงสามารถเดินทางได้ไกล เกิดจากการหักเหของแสงภายใต้หิมะซึ่งไม่ใช่ตัวกลางที่เป็นเนื้อเดียวกัน หิมะแต่ละชั้นมีอุณหภูมิต่างกัน. สถานที่ที่ลึกที่สุดที่ดวงอาทิตย์ไม่สามารถเข้าถึงได้นั้นเย็นกว่าพื้นผิว ในชั้นที่เย็นกว่าเหล่านี้ใกล้กับพื้นดิน ความเร็วของการแพร่กระจายเสียงจะช้าลง

โดยทั่วไปแล้ว ความเร็วของเสียงในของแข็งจะมากกว่าในของเหลว และในของเหลวจะมากกว่าในก๊าซ นี่เป็นเพราะว่ายิ่งพันธะของอะตอมหรือโมเลกุลมีพันธะกันมากเท่าใด สสารก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้น ความเร็วของเสียงในอากาศ (ที่อุณหภูมิ 20 ° C) คือ 343,2 m / s

มาดูความเร็วของเสียงในสื่อกันบ้าง:

• ในอากาศที่ 0 ° C เสียงเดินทางด้วยความเร็ว 331 m / s (สำหรับทุก ๆ องศาเซลเซียสอุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นความเร็วของเสียงจะเพิ่มขึ้น 0,6 m / s)
• ในน้ำ (ที่ 25 ° C) คือ 1593 m / s
• ในเนื้อเยื่อคือ 1540 m / s
• ในป่าคือ 3700 m / s
• ในคอนกรีตคือ 4000 m / s
• ในเหล็กกล้าคือ 6100 m / s
• ในอลูมิเนียมคือ 6400 m / s
• ในแคดเมียมคือ 12400 m / s

ความเร็วการแพร่กระจายของคลื่นแรงดันมีความสำคัญมากในการศึกษาปรากฏการณ์เรโซแนนซ์ในตัวสะสมของเครื่องยนต์แบบลูกสูบ และขึ้นอยู่กับลักษณะของสิ่งแวดล้อม ตัวอย่างเช่น สำหรับก๊าซ ส่วนผสมที่ระเหยกลายเป็นไอในท่อร่วมไอดีหรือก๊าซที่ถูกเผาไหม้ในท่อร่วมไอเสียขึ้นอยู่กับความหนาแน่นและความดัน

ประเภทของการแพร่กระจายคลื่น

คลื่นมีสองประเภท: คลื่นตามยาวและคลื่นตามขวาง

• คลื่นตามยาว: คลื่นที่อนุภาคของตัวกลางสั่นสะเทือนจากด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่งในทิศทางเดียวกับคลื่น ตัวกลางสามารถเป็นของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซได้ ดังนั้นคลื่นเสียงจึงเป็นคลื่นตามยาว
• คลื่นขวาง: คลื่นที่อนุภาคในตัวกลางสั่นขึ้นและลง "ที่มุมฉาก" กับทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่น คลื่นเหล่านี้ปรากฏในของแข็งและของเหลวเท่านั้น ไม่ใช่ก๊าซ

แต่จำไว้ว่าคลื่นเคลื่อนที่ไปในทุกทิศทาง ดังนั้นจึงง่ายกว่าที่จะคิดว่าคลื่นผ่านทรงกลม

ฉันหวังว่าด้วยข้อมูลนี้ คุณสามารถเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับความเร็วของเสียงและลักษณะของเสียงได้