Која је брзина звука?



У Земљиној атмосфери брзина звука износи 343 метра у секунди; или један километар на 2,91 у секунди или један километар на 4,69 секунди.

Брзина звука у идеалном гасу зависи само од његове температуре и састава. Брзина има слабу зависност од фреквенције и притиска у обичном зраку, мало одступајући од идеалног понашања.

Која је брзина звука?

Обично се брзина звука односи на брзину којом звучни валови пролазе кроз зрак. Међутим, брзина звука варира у зависности од супстанце. На пример, звук путује спорије у гасовима, брже се креће у течностима, а чак и брже у чврстим материјама.

Ако је брзина звука у ваздуху 343 метра у секунди, то значи да путује на 1.484 метара у секунди у води и на око 5.120 метара у секунди у гвожђу. У изузетно чврстом материјалу, као што је нпр. Дијамант, звук путује на 12.000 метара у секунди. Ово је највећа брзина којом звук може да путује под нормалним условима.

Звучни таласи у чврстим материјама се састоје од таласа компресије - као што су гасови и течности - и различитог типа таласа који се називају ротациони таласи, присутни само у чврстим материјама. Ротациони таласи у чврстим материјама обично путују различитим брзинама.

Брзина компресионих таласа у чврстим материјама одређена је компресибилношћу, густином и трансверзалним модулом еластичности медија. Брзина ротационих таласа одређена је само густином и модулом попречне еластичности модула.

У динамичкој течности, брзина звука у флуидном медију, било гасу или течности, користи се као релативна мера за брзину објекта који се креће кроз медијум.

Однос брзине објекта према брзини светлости у флуиду назива се број марта објекта. Објекти који се крећу брже од 1. марта називају се објекти који путују са надзвучним брзинама.

Основни концепти

Пренос звука се може илустровати моделом који се састоји од низа кугли међусобно повезаних жицама.

У стварном животу, лопте представљају молекуле и нити представљају везе између њих. Звук пролази кроз модел који компримира и проширује нити, преноси енергију на сусједне куглице, које затим преносе енергију на њихове нити и тако даље..

Брзина звука кроз модел зависи од крутости нити и масе куглица.

Све док је простор између куглица константан, круће нити брже емитују енергију, а кугле веће масе преносе енергију спорије. Ефекти као што су расипање и рефлексија могу се такође разумети овим моделом.

У сваком стварном материјалу крутост нити се назива модул еластичности, а маса одговара густини. Ако су све остале ствари једнаке, звук ће путовати спорије у спужвастим материјалима и брже у тврђим материјалима.

На пример, звук путује 1,59 пута брже преко никла него бронзе јер је крутост никла већа при истој густини.

Исто тако, звук путује 1.41 пута брже у лаком водонику (проту) него у тешком водоничном гасу (деутеријум), пошто тешки гас има слична својства али има двоструку густину.

У исто време, звук "компресионог типа" ће брже путовати у чврстим него у течностима и путовати брже у течностима него у гасовима.

Овај ефекат је последица чињенице да чврсте материје имају више потешкоћа у компресији од течности, док су течности, с друге стране, теже компримовати од гасова..

Компресиони таласи и ротациони таласи

У гасу или течности звук се састоји од таласа компресије. У чврстим материјама, таласи се шире кроз два различита типа таласа. Уздужни талас је повезан са компресијом и декомпресијом у правцу кретања; то је исти процес у гасовима и течностима, са аналогним таласом компресије у чврстим материјама.

Постоје само компресиони таласи у гасовима и течностима. Додатни тип таласа, који се назива попречни талас или ротациони талас, јавља се само код чврстих материја јер само чврсте материје могу издржати еластичне деформације.

То је због тога што је еластична деформација медија окомита на правац кретања таласа. Правац деформисане ротације назива се поларизација овог типа таласа. Генерално, попречни таласи се јављају као пар ортогоналних поларизација.

Ови различити типови таласа могу имати различите брзине на истој фреквенцији. Према томе, они могу доћи до посматрача у различита времена. Пример овакве ситуације јавља се у земљотресима, где акутни таласи компресије стижу први, а осцилирајуће попречне таласе стижу секунде касније.

Брзина компресије таласа у флуиду одређена је компресибилношћу и густином медија.

У чврстим материјама, компресиони таласи су аналогни онима у течностима, у зависности од компресибилности, густине и додатних фактора попречног модула еластичности..

Брзина ротационих таласа, који се јављају само у чврстом стању, одређена је само модулом попречне еластичности и густином модула.

Референце

  1. Брзина звука у различитим медијима. Хипер Пхисицс Преузето са хиперпхисицс.пхи-астр.гсу.еду.
  2. Брзина звука. Преузето са матхпагес.цом.
  3. Тхе Мастер Хандбоок оф Акустика. (2001). Њујорк, Сједињене Америчке Државе. МцГрав-Хилл. Преузето са википедиа.цом.
  4. Брзина звука у води на температурама. Инжењерски алат. Добављено из енгинеерингтоолбок.цом.
  5. Брзина звука у ваздуху. Физика музичких нота. Преузето са пхи.мту.еду.
  6. Атмосферски ефекти на брзину звука. (1979). Технички извештај Техничког информативног центра за одбрану. Преузето са википедиа.цом.