Per molti, anche anni dopo aver lasciato la scuolarimane sconosciuto quale sia effettivamente la velocità del suono nell'aria. Qualcuno ha ascoltato distrattamente l'insegnante e qualcuno semplicemente non ha compreso appieno il materiale presentato. Bene, forse è il momento di colmare questa lacuna di conoscenza. Oggi non ci limiteremo a indicare i numeri "secchi", ma spiegheremo lo stesso meccanismo che determina la velocità del suono nell'aria.
Come sai, l'aria èun insieme di gas diversi. Poco più del 78% è azoto, quasi il 21% è ossigeno, il resto è anidride carbonica e gas inerti. Pertanto, parleremo della velocità di propagazione del suono in un mezzo gassoso.
Per prima cosa, definiamo cos'è il suono.Sicuramente molti hanno sentito il detto "onde sonore" o "vibrazioni sonore". Infatti, ad esempio, il diffusore di un altoparlante che riproduce il suono vibra ad una certa frequenza, che è classificata come suono dall'apparecchio acustico umano. Una delle leggi della fisica dice che la pressione nei gas e nei liquidi si propaga invariata in tutte le direzioni. Ne segue che in condizioni ideali la velocità del suono nei gas è uniforme. Certo, in realtà avviene la sua naturale attenuazione. È necessario ricordare questa caratteristica, poiché è lei che spiega perché la velocità può cambiare. Ma abbiamo divagato un po' dall'argomento principale. Quindi, se il suono è vibrazione, cosa vibra esattamente?
Qualsiasi gas è un insieme di atomi di un certoconfigurazione. A differenza dei solidi, in essi esiste una distanza relativamente grande tra gli atomi (rispetto, ad esempio, al reticolo cristallino dei metalli). Un'analogia può essere fatta con i piselli distribuiti su un contenitore con una massa gelatinosa. La sorgente delle vibrazioni sonore impartisce un impulso agli atomi di gas più vicini. A loro volta, come palle su un tavolo da biliardo, "colpiscono" quelli vicini e il processo si ripete. La velocità del suono nell'aria determina l'intensità dell'impulso-causa radice. Ma questo è solo un componente. Più gli atomi di una sostanza sono densi, maggiore è la velocità di propagazione del suono in essa. Ad esempio, la velocità del suono nell'aria è quasi 10 volte inferiore rispetto al granito monolitico. Questo è molto facile da capire: affinché un atomo in un gas possa "volare" verso uno vicino e trasferirgli l'energia dell'impulso, deve superare una certa distanza.
Corollario:con un aumento della temperatura, la velocità di propagazione dell'onda aumenta. Nonostante l'espansione termica, la velocità degli atomi è maggiore, si muovono caoticamente e più spesso si scontrano. È anche vero che il gas compresso conduce il suono molto più velocemente, ma il campione è ancora lo stato liquefatto di aggregazione. Nel calcolo della velocità del suono nei gas si tiene conto della densità iniziale, della compressibilità, della temperatura e del coefficiente (costante del gas). In realtà, tutto questo deriva da quanto sopra.
Tuttavia, qual è la velocità del suono nell'aria? Molti hanno già intuito che è impossibile dare una risposta definitiva. Ecco solo alcuni dati di base:
- a zero gradi Celsius al punto zero (livello del mare), la velocità del suono è di circa 331 m / s;
- abbassando la temperatura a - 20 gradi Celsius, è possibile "rallentare" le onde sonore a 319 m/s, poiché inizialmente gli atomi nello spazio si muovono più lentamente;
- alzandolo a 500 gradi si accelera la propagazione del suono di quasi una volta e mezza - fino a 550 m/s.
Tuttavia, i dati forniti sono approssimativi, poichéoltre alla temperatura, la capacità dei gas di condurre il suono è anche influenzata dalla pressione, dalla configurazione dello spazio (una stanza con oggetti o un'area aperta), dalla sua stessa mobilità, ecc.
Allo stato attuale, la proprietà dell'atmosfera per condurreil suono è attivamente oggetto di indagine. Ad esempio, uno dei progetti consente di determinare la temperatura degli strati d'aria registrando il segnale sonoro riflesso (eco).
