Для многих даже спустя годы после окончания школы nav zināms, kāds ir skaņas ātrums gaisā. Kāds nepievilcīgi klausījās skolotāju, un kāds vienkārši nesaprata materiālu. Nu, varbūt ir pienācis laiks aizpildīt šo zināšanu trūkumu. Šodien mēs ne tikai norādīsim „sausos” numurus, bet izskaidrosim pašu mehānismu, kas nosaka skaņas ātrumu gaisā.
Kā jūs zināt, gaiss irdažādu gāzu kopums. Nedaudz vairāk nekā 78% ir slāpeklis, gandrīz 21% ir skābeklis, pārējais ir oglekļa dioksīds un inertas gāzes. Tāpēc mēs runāsim par skaņas izplatīšanās ātrumu gāzveida vidē.
Pirmkārt, definēsim, kas ir skaņa.Noteikti daudzi ir dzirdējuši teicienu "skaņas viļņi" vai "skaņas vibrācijas". Patiešām, piemēram, skaņas atskaņotāja skaļruņa difuzors vibrē noteiktā frekvencē, kuru cilvēka dzirdes aparāts klasificē kā skaņu. Viens no fizikas likumiem saka, ka spiediens gāzēs un šķidrumos nemainīgi izplatās visos virzienos. Tādējādi no tā izriet, ka ideālos apstākļos skaņas ātrums gāzēs ir vienāds. Protams, patiesībā notiek tā dabiskā vājināšanās. Šī funkcija ir jāatceras, jo tieši viņa izskaidro, kāpēc ātrums var mainīties. Bet mēs nedaudz atkāpāmies no galvenās tēmas. Tātad, ja skaņa ir vibrācija, kas tieši vibrē?
Jebkura gāze ir noteikta atoma kolekcijakonfigurācija. Atšķirībā no cietvielām tajos starp atomiem ir salīdzinoši liels attālums (salīdzinājumā, piemēram, ar metālu kristālisko režģi). Analogiju var izdarīt ar zirņiem, kas sadalīti traukā ar želejai līdzīgu masu. Skaņas vibrāciju avots dod impulsu tuvākajiem gāzes atomiem. Viņi savukārt kā bumbiņas uz biljarda galda "sit" kaimiņos, un process atkārtojas. Skaņas ātrums gaisā nosaka impulsa pamatcēloņa intensitāti. Bet tas ir tikai viens komponents. Jo blīvāki ir vielas atomi, jo lielāks ir skaņas izplatīšanās ātrums tajā. Piemēram, skaņas ātrums gaisā ir gandrīz 10 reizes mazāks nekā monolītajā granītā. To ir ļoti viegli saprast: lai atoms gāzē "lidotu" uz kaimiņu un pārnestu uz to impulsa enerģiju, tam jāpārvar noteikts attālums.
Secinājums:paaugstinoties temperatūrai, viļņu izplatīšanās ātrums palielinās. Neskatoties uz termisko izplešanos, pašu atomu ātrums ir lielāks, tie pārvietojas haotiski un biežāk saduras. Tāpat ir taisnība, ka saspiestā gāze skaņu vada daudz ātrāk, taču čempions joprojām ir sašķidrinātais agregācijas stāvoklis. Aprēķinot skaņas ātrumu gāzēs, tiek ņemts vērā sākotnējais blīvums, saspiežamība, temperatūra un koeficients (gāzes konstante). Patiesībā tas viss izriet no iepriekš minētā.
Tomēr kāds ir skaņas ātrums gaisā? Daudzi jau nojauta, ka nav iespējams sniegt konkrētu atbildi. Šeit ir tikai daži pamatdati:
- pie nulles grādiem pēc Celsija nulles punktā (jūras līmenī) skaņas ātrums ir aptuveni 331 m / s;
- pazeminot temperatūru līdz - 20 grādiem pēc Celsija, skaņas viļņus ir iespējams "palēnināt" līdz 319 m / s, jo sākotnēji kosmosā atomi pārvietojas lēnāk;
- paaugstinot to līdz 500 grādiem, skaņas izplatīšanās paātrinās gandrīz pusotru reizi - līdz 550 m / s.
Tomēr sniegtie dati ir aptuveni, jopapildus temperatūrai gāzu spēju vadīt skaņu ietekmē arī spiediens, telpas konfigurācija (telpa ar priekšmetiem vai atvērta zona), tās pašas mobilitāte utt.
Pašlaik īpašums atmosfērā vadītskaņa tiek aktīvi izmeklēta. Piemēram, viens no projektiem ļauj noteikt gaisa slāņu temperatūru, reģistrējot atspoguļoto skaņas signālu (atbalss).
