Od czego zależy prędkość rozchodzenia się dźwięku


0
prędkość rozchodzenia się dźwięku

Kilka czynników wpływa na to, jak szybko dźwięk przemieszcza się przez dany materiał. w zależności od temperatury w przypadku gazów i cieczy.
Dźwięk szybciej przemieszcza się przez gorące powietrze, ponieważ jego cząsteczki poruszają się szybciej.

Na szybkość przemieszczania się dźwięku przez materiał stały duży wpływ ma stan jego naprężenia. Prędkość przemieszczania się dźwięku, a co za tym idzie ton drgań swobodnych struny, można zwiększyć na przykład poprzez mocniejsze naciągnięcie struny.

Z kolei prędkość harmonicznych fal dźwiękowych jest proporcjonalna zarówno do długości fali, jak i jej częstotliwości lub okresu.

Jak wszystkie wibracje, prędkość, z jaką dźwięk przemieszcza się przez powietrze, jest ograniczona. Nie jest jednak prawdą, że „dźwięk podróżuje w czasie. Ale moment emisji (w miejscu źródła dźwięku) jest zawsze wcześniejszy niż moment odbioru (przez odbiornik znajdujący się w innym punkcie). Prędkość, z jaką dźwięk przemieszcza się przez powietrze, wynosi około 340 m/s, choć wartość ta zmienia się w zależności od czynników, takich jak ciśnienie i wilgotność atmosfery. Uwzględnia ona również prędkość dźwięku w różnych materiałach.

prędkość rozchodzenia się dźwięku

Jakie czynniki wpływają na szybkość przemieszczania się dźwięku?

W szczególności, w wyniku ograniczonej prędkości, z jaką może poruszać się dźwięk, podczas burzy widzimy błyskawice, zanim usłyszymy grzmot, który często pojawia się kilka sekund później. Chociaż światło błyskawicy porusza się ze skończoną prędkością (ok. 300 000 km/s), prędkość ta jest tak duża, że w praktyce nie zauważamy żadnego opóźnienia pomiędzy błyskiem a chwilą, w której go widzimy. Jednak grzmot, który pochodzi mniej więcej z tego samego miejsca co błysk, przemieszcza się w powietrzu ze wspomnianą wcześniej prędkością około 340 m/s. Z tego powodu, jeśli dociera do nas 3 sekundy po błysku, to epicentrum burzy znajduje się w odległości około 1 kilometra.

Ponieważ fala dźwiękowa podróżuje przez przestrzeń i czas, aby do nas dotrzeć, musielibyśmy najpierw zarejestrować ją na jakimś nośniku (czyli po prostu nagrać), a następnie, w dowolnym momencie w przyszłości, wyemitować ją ponownie (i rzeczywiście byłaby to inna fala). To nie jest podróż w czasie, tak jak patrzenie na fotografie (czyli obraz już utrwalony na jakimś nośniku) nie jest podróżą w czasie (choć oczywiście możemy to tak literacko nazwać).

Jak szybko dźwięk przemieszcza się przez różne substancje?

Z obserwacji uderzeń piorunów jasno wynika, że dźwięk przemieszcza się znacznie wolniej niż światło. Wiele samolotów wojskowych i sztucznych satelitów na orbicie okołoziemskiej z łatwością przełamuje barierę dźwięku, pomimo popularnego przekonania, że dźwięk przemieszcza się w powietrzu z niesamowitą prędkością. Innymi słowy, jak szybko dźwięk podróżuje przez powietrze i inne media? Co to jest?

Czy potrafisz powiedzieć, jak szybko podróżuje dźwięk?

To, jak szybko podłużne zaburzenie mechaniczne przemieszcza się w danym ośrodku, jest tym, co mamy na myśli, gdy mówimy o prędkości dźwięku w tym ośrodku. Jak jednak zaburzenie mechaniczne może być związane ze zjawiskami dźwiękowymi? Z zasad fizyki wynika, że są to pojęcia synonimiczne. Termin „dźwięk odnosi się do zaburzenia mechanicznego, które przemieszcza się przez ośrodek (nie tylko powietrze, ale także ciecz i ciało stałe) i pozostawia wrażenie w uszach słuchacza lub widza.

Jednak sama prędkość dźwięku jest określona przez to, jak szybko energia drgań poszczególnych cząstek jest przekazywana sąsiednim cząstkom w danym ośrodku. A prędkość ta jest niezależna zarówno od amplitudy, jak i częstotliwości fali dźwiękowej. Jej zachowanie jest jednak wrażliwe na zmiany temperatury i stanu skupienia w ośrodku, przez który się rozchodzi (dźwięk rozchodzi się szybciej w ciałach stałych i cieczach).

Czy można coś usłyszeć w zupełnie cichym pomieszczeniu?

Wreszcie dowiemy się, czy na podstawie powyższych założeń możliwe jest wykrycie dźwięku w próżni. Ponieważ w próżni nie ma cząstek (próżnia kosmiczna zawiera tylko kilka atomów na centymetr sześcienny), nie ma nic, przez co fale dźwiękowe mogłyby się przemieszczać. Z tego powodu nikt nie może nas usłyszeć z kosmosu. Jednak dzięki unikalnemu sprzętowi EMFISIS znajdującemu się na pokładzie sond Van Allena, jesteśmy w stanie słuchać fal plazmowych po ich odpowiednim przetworzeniu. Aby jeszcze lepiej zrozumieć fale radiowe, możemy również nadać im interpretację muzyczną (tzw. sonifikacja danych).

Kiedy dokładnie uderzy burza? Wystarczy użyć dźwięku, aby wykonać matematykę!

Większość z nas zapewne już wie, że możemy obliczyć odległość do źródła błyskawicy, mierząc czas, jaki upływa od momentu zobaczenia błyskawicy do usłyszenia dźwięku. Określimy, czy burza zmierza w naszym kierunku, czy też oddala się od nas, wykorzystując czas, jaki zajmuje dźwięk w powietrzu z przybliżoną prędkością 340 metrów na sekundę. Używając tej techniki, możemy w przybliżeniu określić położenie dowolnego obiektu generującego dźwięk, np. eksplozji bomby. Każda sekunda ciszy przekłada się na około 340 metrów, zakładając, że faktycznie widzimy zdarzenie. Jeśli znajdujemy się w odległości jednego kilometra i potrzeba trzech sekund na wystąpienie błysku (lub na wystąpienie innej rzeczy, która powoduje falę dźwiękową), to jesteśmy mniej więcej w odległości jednego kilometra.

Prędkość dźwięku w różnych mediach

Prędkość dźwięku jest specyficzna dla danego medium i zależy od takich zmiennych jak ciśnienie i gęstość w ciałach stałych oraz temperatura w gazach i cieczach.

W przypadku kontroli, prędkość dźwięku w różnych mediach jest dość stała i dobrze określona.
W warunkach standardowych (20 °C, 101325 Pa), prędkości dźwięku w różnych mediach są następujące:

  • stal - 5100 m/s
  • beton - 3800 m/s
  • woda - 1490 m/s
  • powietrze - 343 m/s

Kradzież czy wykroczenie? Kiedy kradzież jest przestępstwem, a kiedy wykroczeniem?