För många, även år efter examendet är fortfarande okänt vad den faktiska ljudhastigheten i luften är. Någon lyssnade ouppmärksamt på läraren och någon förstod helt enkelt inte det presenterade materialet. Tja, kanske är det dags att fylla detta kunskapsgap. Idag kommer vi inte bara att ange ”torra” nummer, utan förklara själva mekanismen som bestämmer hastigheten för ljudet i luften.
Som du vet är det luftuppsättning olika gaser. Kväve står för drygt 78%, syre tar nästan 21%, resten är koldioxid och inerta gaser. Följaktligen kommer vi att prata om hastigheten på ljudutbredningen i ett gasformigt medium.
Låt oss först bestämma vad ett ljud är.Visst har många hört ordet "ljudvågor" eller "ljudvibrationer." Faktum är att till exempel en diffusör av en ljudåtergivande kolonn oscillerar med en viss frekvens, som klassificeras av en persons hörapparat som ljud. En av fysikens lagar säger att trycket i gaser och vätskor förökas oförändrat i alla riktningar. Av detta följer att under ideala förhållanden är ljudets hastighet jämn. Naturligtvis sker dess naturliga dämpning. Du måste komma ihåg den här funktionen, eftersom den förklarar varför hastigheten kan ändras. Men vi är lite distraherade från huvudämnet. Så, om ljud är en svängning, vad är exakt en svängning?
Varje gas är en samling av atomer från en visskonfiguration. Till skillnad från fasta ämnen finns det ett relativt stort avstånd mellan atomerna i dem (jämfört till exempel med kristallgaller av metaller). Vi kan ge en analogi med ärtor fördelade över en behållare med en geléliknande massa. Källan till ljudvibrationer rapporterar ett rörelsemoment till närmaste gasatomer. De i sin tur, som bollar på ett biljardbord, "slår" de närliggande, och processen upprepas. Ljudets hastighet bestämmer bara intensiteten på rotorsakspulsen. Men detta är bara en komponent. Ju tätare materialets atomer, desto högre hastighet för ljudutbredning i den. Till exempel är ljudets hastighet nästan tio gånger mindre än i monolitisk granit. Detta är mycket lätt att förstå: för att en atom i en gas ska "flyga" till en angränsande och överföra drivkraft till den, måste den resa ett visst avstånd.
Konsekvensen:med ökande temperatur ökar hastigheten för vågutbredningen. Trots termisk expansion är atomernas hastighet högre; de rör sig slumpmässigt och kolliderar oftare. Det är också sant att komprimerad gasledning låter mycket snabbare, men det kondenserade tillståndet är fortfarande mästaren. Vid beräkningarna av hastigheten på ljudet i gaser beaktas den initiala densiteten, kompressibiliteten, temperaturen och koefficienten (gaskonstant). Faktiskt följer allt detta av ovanstående.
Hur fortfarande är ljudets hastighet i luften? Många har redan gissat att det är omöjligt att ge ett definitivt svar. Här är bara några grundläggande data:
- vid noll grader Celsius vid nollpunkt (havsnivå) är ljudets hastighet cirka 331 m / s;
- att sänka temperaturen till - 20 grader Celsius, du kan "bromsa" ljudvågorna till 319 m / s, eftersom ursprungligen atomerna i rymden rör sig långsammare;
- Att höja det till 500 grader påskyndar spridningen av ljudet nästan en och en halv gånger - upp till 550 m / s.
De angivna uppgifterna är emellertid ungefärligautöver temperaturen påverkas även gasernas förmåga att leda ljud av tryck, utrymmets konfiguration (ett rum med föremål eller ett öppet område), egen rörlighet etc.
För närvarande är atmosfären egenskap att ledaljudet utforskas aktivt. Till exempel tillåter ett av projekten att bestämma temperaturen på luftlagren genom att registrera en reflekterad ljudsignal (eko).
