Ποια είναι η ταχύτητα του ήχου;

Στην ατμόσφαιρα της Γης, το ταχύτητα ήχου είναι 343 μέτρα ανά δευτερόλεπτο. ή ένα χιλιόμετρο στα 2,91 δευτερόλεπτα ή ένα μίλι στα 4,69 δευτερόλεπτα.

Η ταχύτητα του ήχου σε ένα ιδανικό αέριο εξαρτάται μόνο από τη θερμοκρασία και τη σύνθεση του. Η ταχύτητα έχει μια ασθενή εξάρτηση από τη συχνότητα και την πίεση στον απλό αέρα, αποκλίνει λίγο από την ιδανική συμπεριφορά.

Ποια είναι η ταχύτητα του ήχου?

Συνήθως, η ταχύτητα του ήχου αναφέρεται στην ταχύτητα με την οποία τα ηχητικά κύματα ταξιδεύουν στον αέρα. Ωστόσο, η ταχύτητα του ήχου ποικίλλει ανάλογα με την ουσία. Για παράδειγμα, ο ήχος ταξιδεύει πιο αργά στα αέρια, ταξιδεύει γρηγορότερα σε υγρά και ακόμα πιο γρήγορα σε στερεά.

Εάν η ταχύτητα του ήχου είναι 343 μέτρα ανά δευτερόλεπτο στον αέρα, αυτό σημαίνει ότι ταξιδεύει στα 1.484 μέτρα ανά δευτερόλεπτο στο νερό και στα 5,120 μέτρα ανά δευτερόλεπτο στον σίδηρο. Σε ένα εξαιρετικά σκληρό υλικό, όπως το διαμάντι για παράδειγμα, ο ήχος ταξιδεύει στα 12.000 μέτρα ανά δευτερόλεπτο. Αυτή είναι η υψηλότερη ταχύτητα με την οποία ο ήχος μπορεί να ταξιδέψει υπό κανονικές συνθήκες.

Τα ηχητικά κύματα σε στερεά αποτελούνται από κύματα συμπίεσης -όπως τα αέρια και τα υγρά- και από ένα διαφορετικό τύπο κύματος που ονομάζεται κύματα περιστροφής, που υπάρχουν μόνο σε στερεά. Τα περιστρεφόμενα κύματα σε στερεά συνήθως ταξιδεύουν με διαφορετικές ταχύτητες.

Η ταχύτητα των κυμάτων συμπίεσης στα στερεά προσδιορίζεται από την συμπιεστότητα, την πυκνότητα και το εγκάρσιο μέτρο ελαστικότητας του μέσου. Η ταχύτητα των περιστροφικών κυμάτων προσδιορίζεται μόνο από την πυκνότητα και το μέτρο της εγκάρσιας ελαστικότητας της μονάδας.

Στο δυναμικό ρευστό, η ταχύτητα του ήχου σε ένα ρευστό μέσο, ​​είτε αέριο είτε υγρό, χρησιμοποιείται ως σχετικό μέτρο για την ταχύτητα ενός αντικειμένου που κινείται μέσω του μέσου.

Η αναλογία της ταχύτητας ενός αντικειμένου προς την ταχύτητα του φωτός σε ένα υγρό ονομάζεται Μάρτιος αριθμός ενός αντικειμένου. Αντικείμενα που κινούνται ταχύτερα από την 1η Μαρτίου αναφέρονται ως αντικείμενα που ταξιδεύουν σε υπερηχητικές ταχύτητες.

Βασικές έννοιες

Η μετάδοση του ήχου μπορεί να απεικονιστεί χρησιμοποιώντας ένα μοντέλο που αποτελείται από μια σειρά από μπάλες διασυνδεδεμένες με σύρματα.

Στην πραγματική ζωή, οι μπάλες αντιπροσωπεύουν τα μόρια και τα νήματα αντιπροσωπεύουν τους δεσμούς μεταξύ τους. Ο ήχος περνά μέσα από το μοντέλο που συμπιέζει και επεκτείνει τα σπειρώματα, μεταδίδοντας ενέργεια στις γειτονικές σφαίρες, οι οποίες με τη σειρά τους μεταδίδουν την ενέργεια στα σπειρώματα τους κ.ο.κ..

Η ταχύτητα του ήχου μέσω του μοντέλου εξαρτάται από την ακαμψία των νημάτων και τη μάζα των σφαιρών.

Εφόσον ο χώρος ανάμεσα στις μπάλες είναι σταθερός, τα σκληρότερα σπειρώματα μεταδίδουν την ενέργεια γρηγορότερα και οι μπάλες με περισσότερη ενέργεια μετάδοσης μάζας πιο αργά. Επιδράσεις όπως η σκέδαση και η αντανάκλαση μπορούν επίσης να γίνουν κατανοητές με αυτό το μοντέλο.

Σε οποιοδήποτε πραγματικό υλικό, η ακαμψία των νημάτων καλείται μέτρο ελαστικότητας και η μάζα αντιστοιχεί στην πυκνότητα. Εάν όλα τα άλλα πράγματα είναι ίσα, ο ήχος θα ταξιδέψει πιο αργά σε σπογγώδη υλικά και πιο γρήγορα σε σκληρότερα υλικά.

Για παράδειγμα, ο ήχος ταξιδεύει 1,59 φορές ταχύτερα από το νικέλιο από το χάλκινο επειδή η ακαμψία του νικελίου είναι μεγαλύτερη στην ίδια πυκνότητα.

Ομοίως, ο ήχος ταξιδεύει 1,41 φορές πιο γρήγορα σε ένα ελαφρύ αέριο υδρογόνο (αντίum) απ 'ότι σε ένα βαρύ αέριο υδρογόνο (δευτέριο), αφού το βαρύ αέριο έχει παρόμοιες ιδιότητες αλλά έχει διπλάσια πυκνότητα.

Ταυτόχρονα, ο ήχος "τύπου συμπίεσης" θα ταξιδεύει ταχύτερα σε στερεά από τα υγρά και θα ταξιδεύει ταχύτερα σε υγρά παρά σε αέρια.

Αυτό το αποτέλεσμα οφείλεται στο γεγονός ότι τα στερεά έχουν μεγαλύτερη δυσκολία στη συμπίεση από τα υγρά, ενώ τα υγρά, από την άλλη πλευρά, είναι πιο δύσκολα να συμπιεστούν από τα αέρια..

Κύματα συμπίεσης και κύματα περιστροφής

Σε ένα αέριο ή ένα υγρό, ο ήχος αποτελείται από κύματα συμπίεσης. Στα στερεά, τα κύματα διαδίδονται μέσω δύο διαφορετικών τύπων κυμάτων. Ένα διαμήκιο κύμα συνδέεται με τη συμπίεση και την αποσυμπίεση κατά την κατεύθυνση της διαδρομής. είναι η ίδια διαδικασία σε αέρια και υγρά, με ανάλογο κύμα συμπίεσης σε στερεά.

Μόνο κύματα συμπίεσης υπάρχουν σε αέρια και υγρά. Ένας επιπλέον τύπος κύματος, που ονομάζεται εγκάρσιο κύμα ή περιστροφικό κύμα, εμφανίζεται μόνο σε στερεά, αφού μόνο τα στερεά μπορούν να αντέξουν τις ελαστικές παραμορφώσεις.

Αυτό συμβαίνει επειδή η ελαστική παραμόρφωση του μέσου είναι κάθετη προς την κατεύθυνση της κίνησης του κύματος. Η κατεύθυνση της παραμορφωμένης περιστροφής ονομάζεται πόλωση αυτού του τύπου κυμάτων. Γενικά, τα εγκάρσια κύματα εμφανίζονται ως ζεύγος ορθογώνιων πόλωσης.

Αυτοί οι διαφορετικοί τύποι κυμάτων μπορούν να έχουν διαφορετικές ταχύτητες στην ίδια συχνότητα. Ως εκ τούτου, μπορούν να προσεγγίσουν έναν παρατηρητή σε διαφορετικές χρονικές στιγμές. Ένα παράδειγμα αυτής της κατάστασης συμβαίνει σε σεισμούς, όπου τα κύματα οξείας συμπίεσης έρχονται πρώτα και τα ταλαντευόμενα εγκάρσια κύματα φθάνουν δευτερόλεπτα αργότερα.

Η ταχύτητα συμπίεσης των κυμάτων σε ένα υγρό προσδιορίζεται από τη συμπιεστότητα και την πυκνότητα του μέσου.

Στα στερεά, τα κύματα συμπίεσης είναι ανάλογα με αυτά που βρίσκονται στα υγρά, ανάλογα με τη συμπιεστότητα, την πυκνότητα και τους πρόσθετους παράγοντες του εγκάρσιου συντελεστή ελαστικότητας.

Η ταχύτητα των περιστροφικών κυμάτων, που εμφανίζονται μόνο σε στερεά, καθορίζεται μόνο από το μέτρο της εγκάρσιας ελαστικότητας και την πυκνότητα της μονάδας.

Αναφορές

1. Ταχύτητα ήχου σε διάφορα μαζικά μέσα. Υπερ Φυσική Ανακτήθηκε από hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
2. Η ταχύτητα του ήχου. Ανακτήθηκε από το mathpages.com.
3. Το βασικό εγχειρίδιο ακουστικής. (2001). Νέα Υόρκη, Ηνωμένες Πολιτείες. McGraw-Hill. Ανακτήθηκε από το wikipedia.com.
4. Ταχύτητα ήχου στο νερό σε θερμοκρασίες. Το εργαλείο εργαλείων μηχανικής. Ανακτήθηκε από engineeringtoolbox.com.
5. Ταχύτητα ήχου στον αέρα. Physicis μουσικών σημειώσεων. Ανακτήθηκε από phy.mtu.edu.
6. Ατμοσφαιρικές επιπτώσεις στην ταχύτητα του ήχου. (1979). Τεχνική έκθεση του Κέντρου Τεχνικών Πληροφοριών Άμυνας. Ανακτήθηκε από το wikipedia.com.