Pravděpodobně jste si všimli, že během bouřky je první věc, kterou vidíte, záblesk světla – blesk – následovaný zvukem blesku. To je způsobeno rychlostí zvuku . Vědci objevili maximální rychlost, s jakou se zvuk může šířit vzduchem. To je ve fyzice docela důležité. Více se o tomto jevu dozvíte v článku „ Vše, co potřebujete vědět o blesku “.
Proto se chystáme věnovat tento článek, abychom vám řekli vše, co potřebujete vědět o rychlosti zvuku a jak se šíří.
Rychlost zvuku
Rychlost šíření zvukové vlny závisí na vlastnostech prostředí, kterým se šíří, nikoli na vlastnostech samotné vlny nebo síly, která ji vytváří. Tato rychlost šíření zvuku se také nazývá rychlost zvuku. V zemské atmosféře je při teplotě 20 °C rychlost zvuku 343 metrů za sekundu. Rychlost zvuku se mění v závislosti na prostředí, kterým se šíří, a pochopení toho, jak se šíří, nám pomáhá lépe pochopit určité vlastnosti tohoto prostředí. Když se změní teplota média, ve kterém se šíří, mění se i rychlost zvuku. Je to proto, že zvýšení teploty vede ke zvýšení frekvence interakcí mezi částicemi, které přenášejí vibrace, což má za následek zvýšení rychlosti vlny.
Obecně řečeno, rychlost zvuku v pevných látkách je vyšší než v kapalinách a rychlost zvuku v kapalinách je vyšší než v plynech. Je to proto, že čím více pevné látky je v těle, tím větší je stupeň soudržnosti atomových vazeb, což podporuje šíření zvukových vln. Pokud se chcete o tomto tématu dozvědět více, přečtěte si náš článek o zvukové bariéře.
Rychlost šíření zvuku závisí především na pružnosti média, kterým se šíří. Elasticita se vztahuje k schopnosti vrátit se do původního tvaru.
Co je zvuk
Zvuk je tlaková vlna, která se může šířit vzduchem kompresí a depresí. Zvuk, který vnímáme kolem sebe, je jednoduše energie generovaná vibracemi, které se šíří vzduchem nebo jakýmkoli jiným médiem a lze ji přijímat a slyšet, když dosáhne lidského ucha. Víme, že zvuk se šíří ve formě vln.
Vlny jsou vibrační poruchy v prostředí, které přenášejí energii z jednoho bodu do druhého bez přímého kontaktu mezi nimi. Můžeme říci, že vlna vzniká vibrací částic prostředí, kterým prochází; tj. proces šíření odpovídající podélnému posunu (ve směru šíření) molekul vzduchu. Oblast největšího posunu se objevuje tam, kde je amplituda změny tlaku nulová, a naopak.
Zvuk v reproduktoru
Vzduch v trubici s reproduktorem na jednom konci a uzavřeným koncem na druhém vibruje ve vlnách. Je podélně statický. Vlastní vibrační módy trubic s těmito charakteristikami odpovídají sinusové vlně, jejíž vlnová délka je taková, že existuje bod s nulovou amplitudou. Únikový uzel je na konci reproduktoru a uzavřeném konci trubice, protože vzduch se nemůže volně pohybovat kvůli reproduktoru a koncovce trubice. V těchto uzlech máme maximální kolísání tlaku, antinod neboli antinod, stojaté vlny.
Rychlost zvuku v různých médiích
Rychlost zvuku se mění v závislosti na médiu, kterým se zvuková vlna šíří. Mění se také s teplotou média. Je to proto, že zvýšení teploty způsobuje zvýšení frekvence interakcí mezi částicemi, které přenášejí vibrace, a zvýšení této aktivity zvyšuje rychlost. Tento jev přímo souvisí s šířením zvuku prostorem.
Například zvuk se ve sněhu může šířit na velké vzdálenosti. To je způsobeno lomem světla pod sněhem, který není homogenním médiem. Každá vrstva sněhu má jinou teplotu . Hlubší vrstvy, kam sluneční světlo nemůže dosáhnout, jsou chladnější než povrch. V těchto chladnějších vrstvách blízko země je rychlost šíření zvuku pomalejší.
Obecně řečeno, rychlost zvuku je v pevných látkách větší než v kapalinách a v kapalinách větší než v plynech. Je to proto, že čím větší je soudržnost atomových nebo molekulárních vazeb, tím je látka pevnější. Rychlost zvuku ve vzduchu (při teplotě 20 °C) je 343,2 m/s.
Podívejme se na rychlost zvuku v některých médiích:
- Ve vzduchu se zvuk při 0 ° C šíří rychlostí 331 m / s (na každý stupeň Celsia teplota stoupá, rychlost zvuku se zvyšuje o 0,6 m / s).
- Ve vodě (při 25 ° C) je to 1593 m / s.
- V tkáních je to 1540 m / s.
- Ve dřevě je to 3700 m / s.
- V betonu je to 4000 m / s.
- V oceli je to 6100 m / s.
- V hliníku je to 6400 m / s.
- V kadmiu je to 12400 XNUMX m / s.
Rychlost šíření tlakové vlny je velmi důležitá při studiu rezonance v sacím potrubí pístového motoru a závisí na charakteristikách prostředí. Například u plynů závisí odpařená směs v sacím potrubí nebo spálené plyny ve výfukovém potrubí na jejich hustotě a tlaku. Existuje důležitý vztah mezi rychlostí zvuku a tlakovým gradientem.
Druhy šířících se vln
Existují dva druhy vln: podélné vlny a příčné vlny.
- Podélná vlna: Vlna, ve které částice média vibrují z jedné strany na druhou ve stejném směru jako vlna. Médium může být pevné, kapalné nebo plynné. Zvukové vlny jsou tedy podélné vlny.
- Příčná vlna: Vlna, ve které částice v médiu vibrují nahoru a dolů „v pravém úhlu“ ke směru pohybu vlny. Tyto vlny se objevují pouze v pevných látkách a kapalinách, nikoli v plynech.
Pamatujte však, že vlny se šíří všemi směry, takže je jednodušší považovat je za procházející koulí.
Doufám, že s těmito informacemi se dozvíte více o rychlosti zvuku a jeho vlastnostech.