Вы, наверное, замечали, что во время грозы первое, что вы видите, — это вспышка света — молния — за которой следует звук молнии. Это происходит из-за скорости звука . Ученые обнаружили максимальную скорость, с которой звук может распространяться по воздуху. Это очень важно в физике. Вы можете узнать больше об этом явлении в статье « Все, что вам нужно знать о молнии ».
Поэтому мы собираемся посвятить эту статью тому, чтобы рассказать вам все, что вам нужно знать о скорости звука и о том, как он распространяется.
Скорость звука
Скорость распространения звуковой волны зависит от характеристик среды, через которую она распространяется, а не от характеристик самой волны или силы, которая её порождает. Эта скорость распространения звука также называется скоростью звука. В атмосфере Земли при температуре 20°C скорость звука составляет 343 метра в секунду. Скорость звука изменяется в зависимости от среды, через которую он распространяется, и понимание того, как он распространяется, помогает нам лучше понять определённые характеристики среды. При изменении температуры среды распространения скорость звука также изменяется. Это происходит потому, что повышение температуры приводит к увеличению частоты взаимодействий между частицами, переносящими колебания, что приводит к увеличению скорости волны.
В целом, скорость звука в твердых телах выше, чем в жидкостях, а скорость звука в жидкостях выше, чем в газах. Это объясняется тем, что чем больше твердого вещества, тем выше степень сцепления атомных связей, что способствует распространению звуковых волн. Если вы хотите узнать больше об этой теме, ознакомьтесь с нашей статьей о звуковом барьере.
Скорость распространения звука зависит прежде всего от упругости среды, через которую он распространяется. Упругость — это способность возвращаться к своей первоначальной форме.
Что такое звук
Звук — это ударная волна, которая может распространяться в воздухе за счет сжатия и сжатия. Звук, который мы воспринимаем вокруг себя, — это просто энергия, генерируемая колебаниями, распространяющимися в воздухе или любой другой среде, и он может быть принят и услышан, когда достигает человеческого уха. Мы знаем, что звук распространяется в виде волн.
Волны — это колебательные возмущения в среде, передающие энергию из одной точки в другую без прямого контакта между ними. Можно сказать, что волна образуется в результате вибрации частиц среды, через которую она проходит; то есть, в результате процесса распространения, соответствующего продольному смещению (в направлении распространения) молекул воздуха. Область наибольшего смещения возникает там, где амплитуда изменения давления равна нулю, и наоборот.
Звук в динамике
Воздух в трубке с громкоговорителем на одном конце и закрытым концом на другом колеблется волнообразно. Он находится в продольном статическом состоянии. Естественные моды колебаний трубок с такими характеристиками соответствуют синусоидальной волне, длина волны которой такова, что существует точка нулевой амплитуды. Узел выхода находится на конце громкоговорителя и закрытом конце трубки, поскольку воздух не может свободно перемещаться из-за громкоговорителя и торцевой крышки трубки соответственно. В этих узлах мы имеем максимальное изменение давления, пучность или антиузел стоячей волны.
Скорость звука в разных носителях
Скорость звука изменяется в зависимости от среды, через которую распространяется звуковая волна. Она также меняется с температурой среды. Это происходит потому, что повышение температуры приводит к увеличению частоты взаимодействий между частицами, несущими колебания, а увеличение этой активности увеличивает скорость. Это явление напрямую связано с распространением звука в пространстве.
Например, звук может распространяться на большие расстояния по снегу. Это происходит из-за преломления под снегом, который не является однородной средой. Каждый слой снега имеет разную температуру . Более глубокие слои, куда не проникает солнечный свет, холоднее поверхности. В этих более холодных слоях, расположенных ближе к земле, скорость распространения звука ниже.
В целом, скорость звука выше в твердых телах, чем в жидкостях, и выше в жидкостях, чем в газах. Это объясняется тем, что чем сильнее сцепление атомных или молекулярных связей, тем прочнее вещество. Скорость звука в воздухе (при температуре 20°C) составляет 343,2 м/с.
Давайте посмотрим на скорость звука на некоторых носителях:
- В воздухе при 0 ° C звук распространяется со скоростью 331 м / с (на каждый градус Цельсия повышается температура, скорость звука увеличивается на 0,6 м / с).
- В воде (при 25 ° C) она составляет 1593 м / с.
- В тканях оно составляет 1540 м / с.
- В лесу 3700 м / с.
- В бетоне 4000 м / с.
- У стали - 6100 м / с.
- У алюминия 6400 м / с.
- У кадмия оно составляет 12400 XNUMX м / с.
Скорость распространения ударной волны имеет большое значение при изучении резонанса в коллекторе поршневого двигателя и зависит от характеристик окружающей среды. Например, для газов плотность и давление испаренной смеси во впускном коллекторе или сгоревших газов в выпускном коллекторе зависят от их параметров. Существует важная взаимосвязь между скоростью звука и градиентом давления.
Типы распространяющихся волн
Есть два типа волн: продольные волны и поперечные волны.
- Продольная волна: Волна, в которой частицы среды колеблются из стороны в сторону в том же направлении, что и волна. Среда может быть твердой, жидкой или газообразной. Следовательно, звуковые волны - это продольные волны.
- Поперечная волна: Волна, в которой частицы в среде колеблются вверх и вниз «под прямым углом» к направлению движения волны. Эти волны появляются только в твердых телах и жидкостях, но не в газах.
Но помните, что волны распространяются во всех направлениях, поэтому их легче представить как проходящие через сферу.
Надеюсь, что с помощью этой информации вы сможете больше узнать о скорости звука и ее характеристиках.