Jaká je rychlost zvuku?

V zemské atmosféře rychlost zvuku je to 343 metrů za sekundu; nebo jeden kilometr na 2,91 za sekundu nebo jednu míli na 4,69 za sekundu.

Rychlost zvuku v ideálním plynu závisí pouze na jeho teplotě a složení. Rychlost má slabou závislost na frekvenci a na tlaku v běžném vzduchu, který se trochu odchyluje od ideálního chování.

Jaká je rychlost zvuku?

Rychlost zvuku obvykle označuje rychlost, kterou zvukové vlny procházejí vzduchem. Rychlost zvuku se však liší podle látky. Například zvuk se v plynech pohybuje pomaleji, rychleji se pohybuje v kapalinách a ještě rychleji v pevných látkách.

Je-li rychlost zvuku ve vzduchu 343 metrů za sekundu, znamená to, že se pohybuje ve vodě ve výšce 1 484 metrů za sekundu a v železo přibližně 5 120 metrů za sekundu. Ve výjimečně tvrdém materiálu, jako je například diamant, se zvuk pohybuje rychlostí 12 000 metrů za sekundu. To je nejvyšší rychlost, při které může zvuk běžet za normálních podmínek.

Zvukové vlny v pevných látkách jsou složeny z kompresních vln-jako v plynech a kapalinách - a odlišného typu vlny zvané rotační vlny, přítomné pouze v pevných látkách. Rotační vlny v pevných látkách se obvykle pohybují různými rychlostmi.

Rychlost kompresních vln v pevných látkách je určena stlačitelností, hustotou a příčným modulem pružnosti média. Rychlost rotačních vln je určena pouze hustotou a modulem příčné pružnosti modulu.

V dynamické tekutině, rychlost zvuku v tekutém médiu, jeden plyn nebo kapalina, je používán jako relativní míra pro rychlost objektu se pohybovat středem..

Poměr rychlosti objektu k rychlosti světla v tekutině se nazývá březnové číslo objektu. Objekty, které se pohybují rychleji než 1. března, se označují jako objekty cestující nadzvukovou rychlostí.

Základní pojmy

Přenos zvuku může být znázorněn pomocí modelu sestávajícího z řady koulí propojených dráty.

V reálném životě míče reprezentují molekuly a vlákna představují vazby mezi nimi. Zvuk prochází modelem, který stlačuje a rozšiřuje vlákna, přenáší energii do sousedních kuliček, které zase přenášejí energii do svých vláken a tak dále..

Rychlost zvuku přes model závisí na tuhosti nití a hmotnosti kuliček.

Dokud je prostor mezi kuličkami konstantní, tužší nitě přenášejí energii rychleji a koule s větší hmotností přenášejí energii pomaleji. S tímto modelem lze také porozumět účinkům, jako je rozptyl a odraz.

V každém reálném materiálu se tuhost závitů nazývá modul pružnosti a hmotnost odpovídá hustotě. Pokud jsou všechny ostatní věci stejné, zvuk bude pomalejší v houbovitých materiálech a rychleji v tuhších materiálech.

Například zvuk se pohybuje 1,59krát rychleji než nikl než bronz, protože tuhost niklu je větší při stejné hustotě.

Podobně, zvuk cestuje 1,41 krát rychleji v lehkém vodíku (protium) než v těžkém vodíku (deuterium), protože těžký plyn má podobné vlastnosti, ale má dvojnásobnou hustotu..

Současně bude zvuk „kompresního typu“ v pevných látkách rychlejší než kapaliny a v kapalinách cestuje rychleji než v plynech.

Tento účinek je způsoben skutečností, že pevné látky mají větší potíže s lisováním než kapaliny, zatímco kapaliny jsou na druhé straně obtížnější stlačit než plyny..

Kompresní vlny a rotační vlny

V plynu nebo kapalině, zvuk sestává z kompresních vln. V pevných látkách se vlny šíří dvěma různými typy vln. Podélná vlna je spojena s kompresí a dekompresí ve směru jízdy; je to stejný proces v plynech a kapalinách, s analogickou kompresní vlnou v pevných látkách.

V plynech a kapalinách existují pouze kompresní vlny. Další typ vlny, zvaný příčná vlna nebo rotační vlna, se vyskytuje pouze v pevných látkách, protože pouze pevné látky mohou odolávat elastickým deformacím..

Je to proto, že pružná deformace média je kolmá ke směru pohybu vlny. Směr deformované rotace se nazývá polarizace tohoto typu vlny. Obecně, příčné vlny se vyskytují jako dvojice ortogonálních polarizací.

Tyto různé typy vln mohou mít různou rychlost na stejné frekvenci. Proto se mohou dostat k pozorovateli v různých časech. Příkladem této situace je zemětřesení, kde první akutní kompresní vlny přicházejí první a oscilační příčné vlny přicházejí o několik sekund později..

Rychlost stlačení vln v tekutině je určena stlačitelností a hustotou média.

V pevných látkách jsou kompresní vlny analogické vlnám v tekutinách, v závislosti na stlačitelnosti, hustotě a dalších faktorech příčného modulu pružnosti.

Rychlost rotačních vln, ke kterým dochází pouze v pevných látkách, je určena pouze modulem příčné elasticity a hustotou modulu..

Odkazy

1. Rychlost zvuku v různých hromadných médiích. Hyper fyzika Zdroj: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
2. Rychlost zvuku. Zdroj: mathpages.com.
3. Hlavní příručka akustiky. (2001). New York, Spojené státy. McGraw-Hill. Zdroj: wikipedia.com.
4. Rychlost zvuku ve vodě při teplotách. Inženýrské nástroje. Získáno z webu engineeringtoolbox.com.
5. Rychlost zvuku ve vzduchu. Fyzika hudebních poznámek. Zdroj: phy.mtu.edu.
6. Atmosférické efekty na rychlost zvuku. (1979). Technická zpráva obranného technického informačního centra. Zdroj: wikipedia.com.