Σίγουρα πολλές φορές έχετε δει ότι όταν υπάρχει καταιγίδα το πρώτο πράγμα που υπάρχει είναι ένα φως που είναι ο κεραυνός και μετά φτάνει ο ήχος. Αυτό οφείλεται στο Ταχύτητα ήχου. Οι επιστήμονες βρήκαν ποια είναι η μέγιστη ταχύτητα που μπορεί να διαδώσει ο ήχος στον αέρα. Στη φυσική αυτό είναι πολύ σημαντικό.Επομένως, θα αφιερώσουμε αυτό το άρθρο για να σας πούμε όλα όσα πρέπει να γνωρίζετε για την ταχύτητα του ήχου και τον τρόπο με τον οποίο διαδίδεται.
Η ταχύτητα διάδοσης ενός ηχητικού κύματος εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά του μέσου στο οποίο διαδίδεται, όχι από τα χαρακτηριστικά του κύματος ή τη δύναμη που το παράγει. Αυτή η ταχύτητα διάδοσης των ηχητικών κυμάτων ονομάζεται επίσης ταχύτητα ήχου. Στην ατμόσφαιρα της Γης, η θερμοκρασία είναι 20ºC, δηλαδή 343 μέτρα ανά δευτερόλεπτο.
Η ταχύτητα του ήχου ποικίλλει ανάλογα με το μέσο διάδοσης και ο τρόπος που διαδίδεται στο μέσο βοηθά στην καλύτερη κατανόηση ορισμένων χαρακτηριστικών του μέσου μετάδοσης. Όταν αλλάζει η θερμοκρασία του μέσου διάδοσης, αλλάζει και η ταχύτητα του ήχου. Αυτό συμβαίνει επειδή η αύξηση της θερμοκρασίας οδηγεί σε αύξηση της συχνότητας των αλληλεπιδράσεων μεταξύ σωματιδίων που μεταφέρουν δονήσεις, που μεταφράζεται σε αύξηση της ταχύτητας του κύματος.
Σε γενικές γραμμές, η ταχύτητα του ήχου στα στερεά είναι μεγαλύτερη από ότι στα υγρά και η ταχύτητα του ήχου στα υγρά είναι υψηλότερη από ό, τι στα αέρια. Αυτό συμβαίνει γιατί όσο πιο στερεή ύλη, τόσο μεγαλύτερος είναι ο βαθμός συνοχής των ατομικών δεσμών, γεγονός που ευνοεί τη διάδοση των ηχητικών κυμάτων.Η ταχύτητα διάδοσης του ήχου εξαρτάται κυρίως από την ελαστικότητα του μέσου που το διαδίδει. Η ελαστικότητα αναφέρεται στην ικανότητα αποκατάστασης του αρχικού του σχήματος.
Τι είναι ήχος
Ο ήχος είναι ένα κύμα πίεσης που μπορεί να διαδοθεί μέσω του αέρα με συμπίεση και κατάθλιψη. Ο ήχος που αντιλαμβανόμαστε γύρω μας δεν είναι τίποτα άλλο από ενέργεια που παράγεται από δονήσεις που διαδίδονται μέσω του αέρα ή οποιουδήποτε άλλου μέσου, η οποία μπορεί να ληφθεί και να ακουστεί όταν φτάσει στο ανθρώπινο αυτί. Γνωρίζουμε ότι ο ήχος ταξιδεύει με τη μορφή κυμάτων.
Τα κύματα είναι δονητικές διαταραχές στο μέσο, οι οποίες μεταφέρουν ενέργεια από το ένα σημείο στο άλλο χωρίς άμεση επαφή μεταξύ αυτών των δύο σημείων. Μπορούμε να πούμε ότι το κύμα παράγεται από τη δόνηση των σωματιδίων του μέσου από το οποίο διέρχεται, δηλαδή τη διαδικασία διάδοσης που αντιστοιχεί στη διαμήκη μετατόπιση (προς την κατεύθυνση διάδοσης) των μορίων του αέρα. Η περιοχή με μεγάλη μετατόπιση εμφανίζεται στην περιοχή όπου το πλάτος της μεταβολής της πίεσης είναι μηδέν και αντίστροφα.
Ο αέρας σε ένα σωλήνα με ένα ηχείο στο ένα άκρο και κλειστό στο άλλο άκρο δονείται με τη μορφή κυμάτων. Στατική διαμήκως. Δικοί τρόποι δόνησης σωλήνων με αυτά τα χαρακτηριστικάΤο Αντιστοιχεί σε ημιτονοειδές κύμα, του οποίου το μήκος κύματος είναι τέτοιο ώστε να υπάρχει σημείο μηδενικού πλάτους. Ο κόμβος εξάτμισης στο τέλος του ηχείου και το κλειστό άκρο του σωλήνα, επειδή ο αέρας δεν μπορεί να κινηθεί ελεύθερα λόγω του ηχείου και του πώματος του σωλήνα, αντίστοιχα. Σε αυτούς τους κόμβους έχουμε μέγιστη διακύμανση της πίεσης, αντικόμβο ή κοιλιά, του στάσιμου κύματος.
Ταχύτητα ήχου σε διαφορετικά μέσα
Η ταχύτητα του ήχου ποικίλλει ανάλογα με το μέσο στο οποίο διαδίδεται το ηχητικό κύμα. Αλλάζει επίσης με τη θερμοκρασία του μέσου. Αυτό συμβαίνει επειδή η αύξηση της θερμοκρασίας προκαλεί αύξηση της συχνότητας των αλληλεπιδράσεων μεταξύ σωματιδίων που μεταφέρουν δονήσεις και η αύξηση αυτής της δραστηριότητας αυξάνει την ταχύτητα.Για παράδειγμα, στο χιόνι, ο ήχος μπορεί να διανύσει μεγάλες αποστάσεις. Αυτό οφείλεται στη διάθλαση κάτω από το χιόνι, το οποίο δεν είναι ένα ομοιογενές μέσο. Κάθε στρώμα χιονιού έχει διαφορετική θερμοκρασίαΤο Τα βαθύτερα μέρη που ο ήλιος δεν μπορεί να φτάσει είναι πιο κρύα από την επιφάνεια. Σε αυτά τα ψυχρότερα στρώματα κοντά στο έδαφος, η ταχύτητα διάδοσης του ήχου είναι μικρότερη.Γενικά, η ταχύτητα του ήχου είναι μεγαλύτερη στα στερεά παρά στα υγρά και μεγαλύτερη στα υγρά παρά στα αέρια. Αυτό συμβαίνει επειδή όσο υψηλότερη είναι η συνοχή των ατομικών ή μοριακών δεσμών, τόσο ισχυρότερη είναι η ουσία. Η ταχύτητα του ήχου στον αέρα (σε θερμοκρασία 20 ° C) είναι 343,2 m / s.
Ας δούμε την ταχύτητα του ήχου σε ορισμένα μέσα:
- Στον αέρα, στους 0 ° C, ο ήχος ταξιδεύει με ταχύτητα 331 m / s (για κάθε βαθμό Κελσίου η θερμοκρασία αυξάνεται, η ταχύτητα του ήχου αυξάνεται κατά 0,6 m / s).
- Στο νερό (στους 25 ° C) είναι 1593 m / s.
- Στους ιστούς είναι 1540 m / s.
- Σε ξύλο είναι 3700 m / s.
- Σε σκυρόδεμα είναι 4000 m / s.
- Σε χάλυβα είναι 6100 m / s.
- Σε αλουμίνιο είναι 6400 m/s.
- Στο κάδμιο είναι 12400 m / s.
Η ταχύτητα διάδοσης του κύματος πίεσης είναι πολύ σημαντική στη μελέτη του φαινομένου συντονισμού στον συλλέκτη μιας παλινδρομικής μηχανής και εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά του περιβάλλοντος. Για παράδειγμα, για αέρια, το εξατμισμένο μείγμα στην πολλαπλή εισαγωγής ή τα αέρια που καίγονται στην πολλαπλή εξαγωγής εξαρτώνται από την πυκνότητα και την πίεσή τους.
Τύποι πολλαπλασιαστικών κυμάτων
Υπάρχουν δύο είδη κυμάτων: τα διαμήκη κύματα και τα εγκάρσια κύματα.
- Διαμήκης κύμα: Κύμα στο οποίο τα σωματίδια ενός μέσου δονούνται από τη μια πλευρά στην άλλη προς την ίδια κατεύθυνση με το κύμα. Το μέσο μπορεί να είναι στερεό, υγρό ή αέριο. Επομένως, τα ηχητικά κύματα είναι διαμήκη κύματα.
- Εγκάρσιο κύμα: Κύμα στο οποίο τα σωματίδια στο μέσο πάλλονται πάνω και κάτω “σε ορθή γωνία” προς την κατεύθυνση της κίνησης του κύματος. Αυτά τα κύματα εμφανίζονται μόνο σε στερεά και υγρά, όχι σε αέρια.
Αλλά να θυμάστε ότι τα κύματα ταξιδεύουν προς όλες τις κατευθύνσεις, επομένως είναι πιο εύκολο να τα σκεφτείτε ότι περνούν μέσα από μια σφαίρα.
πηγή:web
