Kakšna je hitrost zvoka?



V zemeljski atmosferi hitrost zvoka je 343 metrov na sekundo; ali en kilometer pri 2,91 na sekundo ali eni milji pri 4,69 na sekundo.

Hitrost zvoka v idealnem plinu je odvisna samo od njegove temperature in sestave. Hitrost ima šibko odvisnost od frekvence in tlaka v navadnem zraku, nekoliko odstopajoč od idealnega vedenja.

Kakšna je hitrost zvoka?

Običajno se hitrost zvoka nanaša na hitrost, pri kateri zvočni valovi potujejo skozi zrak. Vendar pa se hitrost zvoka spreminja glede na snov. Na primer, zvok potuje počasneje v plinih, potuje hitreje v tekočinah in še hitreje v trdnih snoveh.

Če je hitrost zvoka v zraku 343 metrov na sekundo, to pomeni, da potuje s 1.484 metrov na sekundo v vodi in približno 5120 metrov na sekundo v železu. V izjemno trdem materialu, kot je npr. Diamant, zvok potuje na 12.000 metrov na sekundo. To je najvišja hitrost, pri kateri lahko zvok potuje pod normalnimi pogoji.

Zvočni valovi v trdnih snoveh so sestavljeni iz kompresijskih valov - kot v plinih in tekočinah - in drugačne vrste valov, imenovanih rotacijski valovi, ki so prisotni le v trdnih snoveh. Rotacijski valovi v trdnih snoveh običajno potujejo z različnimi hitrostmi.

Hitrost kompresijskih valov v trdnih snoveh je določena s stisljivostjo, gostoto in prečnega modula elastičnosti medija. Hitrost rotacijskih valov določajo le gostota in modul prečne elastičnosti modula.

V dinamični tekočini se hitrost zvoka v tekočem mediju, plin ali tekočina, uporablja kot relativna mera za hitrost predmeta, ki se premika skozi medij..

Razmerje med hitrostjo objekta in hitrostjo svetlobe v tekočini se imenuje Marčevska številka objekta. Predmeti, ki se gibljejo hitreje od 1. marca, se imenujejo objekti, ki potujejo z nadzvočno hitrostjo.

Osnovni pojmi

Prenos zvoka se lahko ponazori z modelom, sestavljenim iz niza kroglic, ki so med seboj povezane z žicami.

V resničnem življenju kroglice predstavljajo molekule in niti predstavljajo povezave med njimi. Zvok prehaja skozi model, ki stiska in širi niti, prenaša energijo na sosednje kroglice, ki nato prenašajo energijo na njihove niti in tako naprej..

Hitrost zvoka skozi model je odvisna od togosti niti in mase kroglic.

Dokler je prostor med kroglicami konstanten, trdne niti hitreje prenašajo energijo, jajca z večjo maso pa prenašajo energijo počasneje. S tem modelom lahko razumemo tudi učinke, kot sta sipanje in refleksija.

V vsakem resničnem materialu se togost niti imenuje modul elastičnosti, masa pa ustreza gostoti. Če so vse druge stvari enake, se bo zvok v spužvastih materialih premikal počasneje in hitreje v trdnejših materialih.

Na primer, zvok potuje 1,59-krat hitreje skozi nikelj kot bron, ker je togost niklja večja pri enaki gostoti.

Podobno se zvok giblje 1,41-krat hitreje v lahkem vodikovem plinu (protuj) kot pri težkem vodikovem plinu (devteriju), ker ima težki plin podobne lastnosti, vendar ima dvojno gostoto..

Hkrati bo zvok "kompresijskega tipa" hitreje potoval v trdnih snoveh kot tekočine in hitreje potoval v tekočinah kot v plinih.

Ta učinek je posledica dejstva, da imajo trdne snovi več težav pri stiskanju kot tekočine, medtem ko so tekočine težje komprimirati kot plini..

Kompresijski valovi in ​​rotacijski valovi

V plinu ali tekočini je zvok sestavljen iz kompresijskih valov. V trdnih telesih se valovi širijo skozi dve različni vrsti valov. Vzdolžni val je povezan s stiskanjem in dekompresijo v smeri vožnje; gre za isti proces v plinih in tekočinah, z analognim kompresijskim valom v trdnih snoveh.

V plinih in tekočinah obstajajo samo kompresijski valovi. Dodaten tip valov, imenovan prečni val ali rotacijski val, se pojavlja samo v trdnih snoveh, saj lahko samo trdne snovi prenesejo elastične deformacije.

To je zato, ker je elastična deformacija medija pravokotna na smer gibanja vala. Smer deformiranega vrtenja imenujemo polarizacija tega tipa vala. Na splošno se prečni valovi pojavijo kot par ortogonalnih polarizacij.

Te različne vrste valov imajo lahko različne hitrosti na isti frekvenci. Zato lahko dosežejo opazovalca v različnih časih. Primer takšne situacije je potres, pri katerem najprej pridejo akutni kompresijski valovi, oscilacijski prečni valovi pa pridejo sekundo pozneje.

Hitrost kompresije valov v tekočini je določena s stisljivostjo in gostoto medija.

V trdnih snoveh so kompresijski valovi analogni tistim v tekočinah, odvisno od stisljivosti, gostote in dodatnih faktorjev prečnega elastičnosti..

Hitrost rotacijskih valov, ki se pojavljajo le v trdnih snoveh, je določena le z modulom prečne elastičnosti in gostoto modula.

Reference

  1. Hitrost zvoka v različnih množičnih medijih. Hiper fizika Vzpostavljeno iz hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
  2. Hitrost zvoka. Vzpostavljeno iz mathpages.com.
  3. Glavni priročnik za akustiko. (2001). New York, ZDA. McGraw-Hill. Vzpostavljeno iz wikipedia.com.
  4. Hitrost zvoka v vodi pri temperaturah. Inženirsko orodje. Vzpostavljeno iz engineeringtoolbox.com.
  5. Hitrost zvoka v zraku. Fizika glasbenih not. Vzpostavljeno iz phy.mtu.edu.
  6. Atmosferski učinki na hitrost zvoka. (1979). Tehnično poročilo tehničnega informacijskega centra za obrambo. Vzpostavljeno iz wikipedia.com.