The Rychlost zvuku Je to ekvivalentní rychlosti, s jakou se podélné vlny šíří v daném médiu a vytvářejí postupné komprese a expanze, které mozek interpretuje jako zvuk.
Zvuková vlna tedy prochází určitou vzdálenost za jednotku času, která závisí na médiu, kterým prochází. Zvukové vlny skutečně vyžadují materiální médium pro to, aby se uskutečnily komprese a expanze, které jsme zmínili na začátku. Proto se zvuk ve vakuu nešíří.
Ale protože žijeme ponořeni v oceánu vzduchu, zvukové vlny mají médium, ve kterém se mohou pohybovat, a které umožňuje sluch. Rychlost zvuku na vzduchu a při 20 ° C je přibližně 343 m / s (1087 ft / s), nebo přibližně 1242 km / h, pokud dáváte přednost.
Chcete-li zjistit rychlost zvuku na médiu, musíte vědět něco o jeho vlastnostech.
Protože materiálové médium je střídavě upravováno tak, aby se zvuk mohl šířit, je dobré vědět, jak snadné nebo obtížné je jej deformovat. Modul stlačitelnosti B nám tyto informace nabízí.
Na druhou stranu, hustota média, označená jako ρ bude to také relevantní. Každé médium má setrvačnost, která se promítá do odporu proti průchodu zvukových vln, v takovém případě bude jejich rychlost nižší.
Rejstřík článků
Rychlost zvuku v médiu závisí na jeho elastických vlastnostech a na setrvačnosti, kterou představuje. Být proti rychlost zvuku, obecně platí, že:
Hookeův zákon stanoví, že deformace v médiu je úměrná napětí, které na něj působí. Konstanta proporcionality je přesně modul stlačitelnosti nebo objemový modul materiálu, který je definován jako:
B = - Stres / napětí
Kmen je změna objemu DV děleno původním objemem PROTInebo. Jelikož jde o kvocient mezi objemy, postrádají rozměry. Znaménko minus předtím B to znamená, že před vynaložením úsilí, kterým je zvýšení tlaku, je konečný objem menší než počáteční. S tím vším získáváme:
B = -ΔP / (ΔV / Vnebo)
V plynu je objemový modul úměrný tlaku P, konstanta proporcionality y, nazývá se adiabatická plynová konstanta. Takto:
B = γP
Jednotky B jsou stejné jako tlak. Konečně je rychlost jako:
Za předpokladu, že médium je ideální plyn, můžeme tlak nahradit P v daném výrazu pro rychlost. Pro ideální plyny platí, že:
Nyní se podívejme, co se stane, pokud je médium prodlouženou pevnou látkou. V tomto případě je třeba vzít v úvahu další vlastnost média, kterou je jeho reakce na smykové napětí nebo smykové napětí:
Jak jsme viděli, rychlost zvuku v médiu lze určit na základě znalosti jeho vlastností. Vysoce elastické materiály umožňují snadnější šíření zvuku, zatímco hustší odolávají.
Teplota je dalším důležitým faktorem. Z rovnice rychlosti zvuku v ideálním plynu je patrné, že čím vyšší je teplota T, vyšší rychlost. Jako vždy, tím vyšší je molekulová hmotnost M, nižší rychlost.
Z tohoto důvodu není rychlost zvuku striktně konstantní, protože atmosférické podmínky mohou způsobit změny v její hodnotě. Lze očekávat, že ve vyšších nadmořských výškách, kde teplota klesá a klesá, se rychlost zvuku sníží..
Odhaduje se, že ve vzduchu se rychlost zvuku zvyšuje o 0,6 m / s při každém zvýšení teploty o 1 ° C. Ve vodě se zvyšuje o 2,5 m / s na každý 1 ° C nadmořské výšky.
Kromě již zmíněných faktorů - elasticity, hustoty a teploty - existují další, které zasahují do šíření zvukových vln v závislosti na médiu, například:
-Vlhkost vzduchu
-Slanost vody
-Tlak
Z toho, co bylo řečeno výše, vyplývá, že teplota je skutečně určujícím faktorem rychlosti zvuku v médiu..
Jak se látka zahřívá, její molekuly se zrychlují a mohou častěji srážet. A čím více se srazí, tím větší je rychlost zvuku uvnitř..
Zvuky, které cestují atmosférou, jsou obvykle velmi zajímavé, protože jsme do toho ponořeni a trávíme většinu času. V tomto případě je vztah mezi rychlostí zvuku a teplotou následující:
331 m / s je rychlost zvuku ve vzduchu při 0 ° C. Při 20 ° C, což odpovídá 293 kelvinům, je rychlost zvuku 343 m / s, jak bylo uvedeno na začátku.
Machovo číslo je bezrozměrná veličina, která je dána kvocientem mezi rychlostí objektu, obvykle letounu, a rychlostí zvuku. Je velmi výhodné vědět, jak rychle se letadlo pohybuje z hlediska zvuku.
Být M Machovo číslo, PROTI rychlost objektu - letadlo - a protis rychlost zvuku, máme:
M = V / vs
Například pokud se letadlo pohybuje rychlostí Mach 1, jeho rychlost je stejná jako rychlost zvuku, pokud se pohybuje rychlostí Mach 2, je dvakrát rychlejší atd. Některá experimentální bezpilotní vojenská letadla dokonce dosáhla Mach 20.
Zvuk téměř vždy cestuje rychleji v pevných látkách než v kapalinách, a naopak je rychlejší v kapalinách než v plynech, i když existují určité výjimky. Určujícím faktorem je pružnost média, která je větší, jak se zvyšuje soudržnost mezi atomy nebo molekulami, které ho tvoří..
Například zvuk se šíří rychleji ve vodě než ve vzduchu. To je okamžitě patrné, když ponoříte hlavu do moře. Zvuky vzdálených lodních motorů jsou lépe slyšitelné, než když jsou mimo vodu.
Níže je rychlost zvuku pro různá média, vyjádřená v m / s:
Zatím žádné komentáře