Naš univerzum se zasniva na elementarnim i fundamentalnim konstantama kao što su brzina zvuka i svjetlosti, to su aksiomi u svijetu fizike. Jasno je da smo svi razmišljali o pitanju - od čega zavise ove brzine? Kada posmatramo munje, prvo vidimo svetlost, a onda se do nas dovija tutnjava. Zašto se to događa i šta određuje vrijeme koje prolazi od bljeska do grmljavine? Zapravo, sve je vrlo jednostavno i lako za objasniti, samo trebate zapamtiti neke osnovne odredbe iz školski kurs fizičari, oni će sve staviti na svoje mesto, pa skoro sve... Ali prvo prvo...

Kolika je brzina svjetlosti

Svjetlost se širi - 299.792.458 m / s, u nama poznatijem kilometru ekvivalentnom, to je 1.079.252.848,8 km / h, ali radi lakšeg rada ova složena brojka se obično zaokružuje i smatra se 300 hiljada km / s. Brzina svjetlosti je maksimalna količina širenja bilo čega u našem svemiru. Ali najzanimljivija stvar u svemu ovome je da apsolutno ne ovisi o brzini izvora koji ga emituje.
Kako stoje stvari u našem svijetu? Razlika u brzini bačenog tijela i predmeta iz kojeg je bačeno može se povećati ili smanjiti, ovisno o ubrzanju kojim je bačeno izvršeno. Pogledajmo primjer: vozite automobil čija je brzina 100 km na sat i bacate kamen u smjeru vožnje (uzmimo brzinu lansiranog kamena kao 10 km/h), za vanjskog posmatrača ko stoji sa strane puta, kamen će već letjeti brzinom od -110 km/h U ovom slučaju, brzina bacanja i automobila se zbrajaju. Ali to se ne odnosi na brzinu svjetlosti. U kojem god smjeru izvor leti, svjetlost će se širiti istom brzinom, neće ubrzavati ili usporavati. U tome leži paradoks. Tako su barem mislili prije, ali kako su stvari sada? Više o tome kasnije...

Što je brže - brzina svjetlosti ili brzina zvuka?

Naučnici znaju da je brzina svjetlosti oko milion puta veća od brzine zvuka. Ali tempo zvuka se može promijeniti. Prosječna vrijednost mu je 1450 m/s. Brzina širenja zvuka ovisi o vrsti medija, bilo da je riječ o vodi ili zraku, o temperaturi, pa čak i pritisku. Ispostavilo se da tačna vrijednost ove količine ne postoji, postoji samo približna vrijednost u nama poznatom okruženju - zrak. Što se tiče brzine svjetlosti, još uvijek se provodi čitav niz eksperimenata naprednih naučnika sa svih strana planete.

Kolika je brzina zvuka u vazduhu

Francuski naučnik M. Mersenne je prvi put uspeo da odredi brzinu zvuka u vazduhu 1636. godine. Temperatura okruženje bio je 20 ° C i sa ovim indikatorom zvuk je letio sa vrijednošću od 343 m / s, u kilometrima - 1235 km / h. Brzina kretanja zvuka direktno ovisi o temperaturi okoline u kojoj se širi: ako temperatura plina raste, zvuk se također počinje kretati brže, odnosno, naprotiv, što je temperatura zraka niža, to je sporije zvuk se širi.

Na primjer, pri nultoj temperaturi, zvuk se prenosi već brzinom od 331 m/s. Brzina zvuka zavisi i od vrste gasa. Što je veći prečnik molekula koji čine gas, to se zvuk sporije širi. Na primjer, na nultoj temperaturi, u vodoniku, brzina zvuka će biti 1284 m/s, u helijumu - 965 m/s. Primetna razlika.

Brzina zvuka u vakuumu

Zvuk je, u svojoj suštini, vibracija molekula u toku širenja. Jasno je da da bi se zvuk nekako prenosio, potreban je medij molekula koji će vibrirati. U vakuumu nema materije, tako da zvuk tamo ne može da putuje. Ali prema rezultatima najnovije istraživanje, postalo je jasno da zvuk može savladati sloj vakuuma, manji od mikrona. Ovaj fenomen je nazvan - "vakuumsko tuneliranje fonona", informacije o njemu su se pojavile istovremeno u dva članka koja su se pojavila u štampanom izdanju "Physical Review Letters". Treba imati na umu da vibracije molekula kristalne rešetke nose ne samo zvuk, već i toplotnu energiju Zbog toga se toplota može prenositi i kroz vakuum.

Brzina zvuka u vodi

Obično je brzina zvuka u tekućinama, uključujući vodu, veća nego u plinovitom mediju. Prvo mjerenje takve brzine u vodi izvršili su naučnici J. Colladon i J. Sturm 1826. godine. Eksperiment je održan u Švicarskoj, odnosno na jednom od jezera. Redoslijed radnji za koje je izvršeno mjerenje bio je sljedeći:

1. Na čamcu, koji je bio na sidru, zapalili su vreću baruta i istovremeno tukli podvodno zvono;
2. Na udaljenosti od 14 kilometara nalazio se i drugi, osmatračni čamac, pored bljeska baruta, koji je bio vidljiv izdaleka, na čamcu se kroz podvodni rog ulovio i zvuk zvona;
3. Iz vremenske razlike između bljeska i dolaska zvučnog talasa bilo je moguće izračunati brzinu zvuka. Tada je voda imala temperaturu od 8 °C, a brzina zvuka bila je 1440 m/s.

Između dva različita medija, zvučni val se ponaša na zanimljiv način. Jedan dio toga ulazi u drugu sredinu, drugi se jednostavno odražava. Ako zvuk uđe u tekućinu iz zraka, tada se 99,9% toga reflektira, ali se pritisak u omjeru zvuka koji ipak prelazi u vodu udvostručuje. To je ono što ribe koriste. Ako vrištite i pravite buku u blizini vode, repati stanovnici dubina brzo će otići u pakao.

Brzina širenja zvuka

Čak i svjetlost, kao i zvuk i elektromagnetne oscilacije, mogu promijeniti svoju brzinu u različitim fizičkim medijima. Najnovija istraživanja u ovoj oblasti, dokazala teoretsku mogućnost lansiranja tijela bržeg od svjetlosti. Činjenica je da se u nekim plinovima brzina fotona (čestica koje čine svjetlost) primjetno usporava. Jasno je da je takav fenomen nemoguće vidjeti golim okom, ali u egzaktnoj nauci, kao što je fizika, to je od velike važnosti. Dakle, naučnici su dokazali da ako se svjetlost prođe kroz gas, njegova brzina će se toliko smanjiti da se brzo lansirano tijelo može kretati brže od fotona.

Razgovarajte o širenju zvuka u različitim okruženjima

Mnogo, čak i godina nakon diplomiranja, ostaje nepoznato šta se zaista krije u vazduhu. Neko je nepažljivo slušao nastavnika, a neko jednostavno nije u potpunosti razumio prezentirani materijal. Pa, možda je vrijeme da popunimo ovu prazninu u znanju. Danas nećemo samo naznačiti "suhe" brojeve, već objasniti sam mehanizam koji određuje brzinu zvuka u zraku.

Kao što znate, vazduh je kombinacija raznih gasova. Nešto više od 78% je dušik, skoro 21% kisik, ostalo je ugljični dioksid i stoga ćemo govoriti o brzini širenja zvuka u plinovitom mediju.

Prvo, hajde da definišemo, sigurno su mnogi čuli izreku " zvučni talasi ili "zvučne vibracije". Zaista, na primjer, difuzor kolone koja reprodukuje zvuk oscilira na određenoj frekvenciji, koju ljudski slušni aparat klasifikuje kao zvuk. Jedan od zakona fizike kaže da se pritisak u gasovima i tečnostima širi nepromenjen u svim pravcima. Iz toga slijedi da je u idealnim uvjetima brzina zvuka u plinovima ujednačena. Naravno, u stvarnosti dolazi do njenog prirodnog slabljenja. Morate zapamtiti ovu funkciju, jer ona objašnjava zašto se brzina može promijeniti. Ali malo smo odstupili od toga glavna tema. Dakle, ako je zvuk vibracija, šta je tačno ono što vibrira?

Svaki plin je skup atoma određene konfiguracije. Za razliku od čvrstih tijela, između atoma u njima je relativno velika udaljenost(u poređenju, na primjer, s kristalnom rešetkom metala). Može se povući analogija sa graškom raspoređenim po posudi sa želeastom masom. Izvor zvučnih vibracija daje zamah najbližim atomima plina. Oni pak, poput loptica na bilijarskom stolu, "udaraju" na komšije, i proces se ponavlja. Brzina zvuka u vazduhu samo određuje intenzitet impulsa osnovnog uzroka. Ali ovo je samo jedna komponenta. Što su atomi neke supstance gušći, to je veća brzina širenja zvuka u njoj. Na primjer, brzina zvuka u zraku je skoro 10 puta manja nego u monolitnom granitu. To je vrlo lako razumjeti: da bi atom u plinu "odletio" do susjednog i prenio mu energiju impulsa, potrebno je prevladati određenu udaljenost.

Posljedica: s povećanjem temperature, brzina prostiranja talasa raste. Iako je njihova sopstvena brzina atoma veća, oni se kreću haotično i češće se sudaraju. Istina je i da komprimirani plin mnogo brže provodi zvuk, ali je ukapljeni plin i dalje šampion.Proračuni brzine zvuka u plinovima uzimaju u obzir početnu gustinu, kompresibilnost, temperaturu i koeficijent (gasnu konstantu). Zapravo, sve ovo proizilazi iz navedenog.

Kolika je uopće brzina zvuka u zraku? Mnogi su već pretpostavili da je nemoguće dati definitivan odgovor. Evo samo nekih od osnovnih podataka:

Na nuli na nultoj tački (nivo mora), brzina zvuka je oko 331 m/s;

Snižavanjem temperature na -20 stepeni Celzijusa možete "usporiti" zvučne talase na 319 m/s, pošto se u početku atomi u svemiru kreću sporije;

Povećanjem na 500 stepeni ubrzava se širenje zvuka za skoro jedan i pol puta - do 550 m / s.

Međutim, navedeni podaci su indikativni, jer osim temperature, na sposobnost gasova da provode zvuk utiču i pritisak, konfiguracija prostora (prostorija sa predmetima ili otvoreni prostor), vlastita mobilnost itd.

Trenutno se aktivno istražuje svojstva atmosfere da provodi zvuk. Na primjer, jedan od projekata vam omogućava da odredite temperaturu slojeva zraka registriranjem reflektiranja (eho).

Koliko brzo zvuk putuje?

Brzina zvuka ovisi o mediju u kojem se širi. Na primjer, zvuk putuje u zraku brzinom od 344 m/s. Međutim, ako temperatura, pritisak, vlažnost vazduha variraju, menja se i brzina zvuka. Zvuk putuje kroz tečni medij, kao što je voda, brzinom od oko 1500 m/s. Još brže zvuk putuje čvrste materije: 2500 m/s kroz tvrdu plastiku, 5000 m/s kroz čelik i približno 6000 m/s kroz neke vrste stakla.

Može li se zvuk odbijati od objekata na isti način kao što to može svjetlost?

Zvučni talasi se odbijaju od tvrdih, glatkih i ravnih površina (zidovi, vrata) kao što se svetlosni talasi odbijaju od ogledala. Ako prođe više od 0,1 s između povratka eha (ili refleksije) i slanja originalnog zvuka, tada ih čujemo kao dva odvojena zvuka, reflektirani zvuk se naziva eho. Ako je razlika u vremenu između dolaska reflektovanog eha i slanja zvuka manja, onda se miješaju. Što produžava ukupno trajanje zvuka. Ovaj fenomen je poznat kao reverberacija.

Specijalne prostorije za upijanje zvuka potpuno su prekrivene iznutra mekim materijalima određene teksture. Zidovi, plafoni i podovi obuhvataju gotovo sve zvučna energija, a refleksije zvuka se ne javljaju ni u obliku eha ni u obliku odjeka. Takve sobe se nazivaju gluve sobe: svi zvuci u njima su prigušeni.

Lov na kitove, kao što su kitovi beluga, emituju akustične klikove slične onima koje šalje šišmiš. Ovi impulsi se reflektuju kao eho, obavještavajući kita o obližnjim objektima.

Hajde da izmerimo zvuk

Brzina prema Mahovom broju

Neki avioni mogu leteti brže od brzine zvuka, na Mahovoj skali to odgovara broju M = 1. Supersonični avion u letu formira kompresijski talas koji se širi kao glasan, dubok udarac poznat kao zvučni udar (kada avion probije zvučnu barijeru). Udar je mogao da odaje prisustvo stelt aviona, bombardera B-2, pa takvi avioni obično lete brzinom nešto manjom od M=1 broja.

Brzina krstarenja B-2 je približno 700 km/h.

Mahov broj

Brzina zvuka se može opisati na Mahovoj skali. Jedinica mjerenja je predstavljena kao uporedni broj odnosa brzine aviona i brzine zvuka pod određenim uslovima. Mahov broj je dobio ime po austrijskom naučniku Ernstu Mahu (1838-1916).

Brzina zvuka u vazduhu na temperaturi od 20 stepeni i standardnom vazdušnom pritisku na nivou mora odgovara približno 1238 km/h. Dakle, objekat koji se kreće jednako brzo ima brzinu M = 1 u Mahovim brojevima.

Veoma visoko iznad zemlje, gde su temperatura i vazdušni pritisak niži nego inače, brzina zvuka je 1062 km/h. Dakle, Mahov broj od 1,5 tamo odgovara 1593 km/h.

10 dB - najtiši zvukovi koje naše uši mogu čuti, kao što je otkucavanje sata

20 dB - šapat

40 dB - miran razgovor ljudi okolo

50 dB - TV ili radio u srednjem audio opsegu

60 dB - prilično glasan razgovor

70 dB - kućanski aparati: usisivač ili kućni procesor

80 dB - voz prolazi pored stanice

100 dB - veoma bučna mašina ili čekić za radove na putu

120 dB - polijetanje mlaznog aviona

Na skali decibela, svaki prekid od 10 dB znači 10 puta povećanje energije. Na primjer, 60 dB je deset puta snažnije od 50 dB.

Datum objave 01.12.2013. 06:12

Zvuk je jedna od najvažnijih komponenti ljudski život. Da bismo objasnili sam fenomen zvuka, prvo moramo razumjeti šta je zvuk. Većina enciklopedija kaže da je zvuk elastični valovi koji se šire u elastičnom mediju i stvaraju mehaničke vibracije u njemu. Ako pojednostavimo ovaj koncept, ispada da je zvuk čujne vibracije u bilo kojem mediju. Glavne karakteristike zvuka zavise od toga kakvo je okruženje. Glavna karakteristika zvuka je njegova brzina, jer, na primjer, u vodi, brzina zvuka se upadljivo razlikuje od svoje brzine u drugom okruženju.

Svaki zvuk ima određena svojstva, ili fizičke karakteristike, kao i kvalitete (prikaz ovih osobina u ljudskim senzacijama). Ovdje se podrazumijevaju faktori kao što su trajanje-trajanje, frekvencija tona, tembarska kompozicija, itd.

Svi znaju da je voda mnogo gušća od vazduha. On je 800 puta gušći od zraka ili čelika, i zbog toga zvuk putuje mnogo dalje i brže u vodi. Iz svega ovoga proizilazi činjenica da na brzinu širenja zvuka u velikoj mjeri utiče okolno okruženje. Radi uvjerljivosti, pogledajte stvarne brojke: brzina zvuka u vodi– 1430 m/s, i brzina zvuka u vazduhu- 331 m/s.

Niskofrekventni šum koji nastaje kao rezultat rada motora plovila čuje se mnogo ranije nego što se sam brod pojavi u vidnom polju. Na brzina zvuka u vodi pod uticajem nekoliko faktora. Kako temperatura vode raste, raste i brzina zvuka. Isti efekat se javlja sa povećanjem nivoa saliniteta vode i njenog pritiska, koji raste sa povećanjem dubine. Na brzina zvuka u vodi termoklinovi (mesta na kojima se susreću slojevi vode različitih temperatura) imaju poseban efekat.

Jer na takvim mestima različita temperatura, gustina vode u njima takođe ne može biti ista. I zbog toga, zvučni valovi koji prolaze kroz termalne klinove gube većinu svoje snage. Kada se zvučni valovi sudaraju s termoklinom, oni se djelomično ili potpuno reflektuju, što dovodi do stvaranja zone sjene na drugoj strani. Ako je izvor zvuka iznad termokline, ispod njega će biti gotovo nemoguće čuti nešto.

Zvuk koji se stvara na površini nikada se neće čuti u vodi. To se dešava i u situacijama kada se u vodi emituju zvučne vibracije - one se neće čuti na površini. Sluh im je znatno smanjen zbog činjenice da voda snažno utiče na bubne opne, a zbog brzine zvučnih valova u vodi smanjena je sposobnost određivanja smjera iz kojeg ovaj zvuk putuje.

Pod vodom zvuk ulazi u ljudsko uho ne kroz bubne opne, kao na kopnu, već kroz kosti lubanje. To je razlog zašto zvuk pod vodom percipiraju oba uha odjednom. Ljudski mozak ne može odrediti izvor ovog zvuka i njegov intenzitet, zbog čega čovjek ima osjećaj da zvučni valovi "kotrljaju" sa svih strana i istovremeno, iako to apsolutno nije slučaj.

Danas su mnogi novi doseljenici, opremajući stan, prisiljeni obavljati dodatne radove, uključujući zvučnu izolaciju svojih domova, jer. standardni materijali koji se koriste omogućavaju da se samo djelimično sakrije ono što se događa u vlastitoj kući, a ne da se protiv volje zainteresuje za komunikaciju susjeda.

Na to čvrste materije utiče barem na gustinu i elastičnost supstance koja se suprotstavlja talasu. Stoga se pri opremanju prostorija sloj uz nosivi zid pravi zvučno izoliranim "preklopima" odozgo i odozdo. Omogućava vam da smanjite decibele ponekad i više od 10 puta. Zatim se postavljaju bazaltne prostirke, a odozgo se postavljaju gipsane ploče koje reflektuju zvuk prema van iz stana. Kada zvučni val „doleti“ do takve strukture, on se prigušuje u slojevima izolatora, koji su porozni i mekani. Ako je zvuk jak, onda se materijali koji ga apsorbiraju mogu čak i zagrijati.

Elastične materije, kao što su voda, drvo, metali, dobro prolaze, pa čujemo divno "pjevanje" muzički instrumenti. A neke nacionalnosti su u prošlosti određivale pristup, na primjer, jahača, koji je prislonio uho na tlo, što je također prilično elastično.

Brzina zvuka u km zavisi od karakteristika sredine u kojoj se širi. Konkretno, na proces može uticati njegov pritisak, hemijski sastav, temperaturu, elastičnost, gustinu i druge parametre. Na primjer, u čeličnom limu, zvučni val putuje brzinom od 5100 metara u sekundi, u staklu - oko 5000 m / s, u drvu i granitu - oko 4000 m / s. Da biste brzinu pretvorili u kilometre na sat, pomnožite sa 3600 (sekunde na sat) i podijelite sa 1000 (metara po kilometru).

Brzina zvuka u km u vodenoj sredini je različita za supstance različitog saliniteta. Za svježa voda na temperaturi od 10 stepeni Celzijusa iznosi oko 1450 m/s, a na temperaturi od 20 stepeni Celzijusa i istom pritisku je već oko 1490 m/s.

Slano okruženje odlikuje namjerno veća brzina prolaska zvučnih vibracija.

Širenje zvuka u vazduhu takođe zavisi od temperature. Sa vrijednošću ovog parametra 20, zvučni valovi putuju brzinom od oko 340 m/s, što je oko 1200 km/h. A na nula stepeni, brzina se usporava na 332 m/s. Vraćajući se izolatorima naših stanova, možemo saznati da je u materijalu kao što je pluta, koji se često koristi za smanjenje vanjske buke, brzina zvuka u km samo 1800 km/h (500 metara u sekundi). To je deset puta niže od ove karakteristike kod čeličnih dijelova.

Zvučni val je uzdužna vibracija medija u kojem se širi. Prilikom prolaska, na primjer, melodije muzičkog djela kroz neku vrstu prepreke, njen nivo jačine se smanjuje, jer. Pri tome, frekvencija ostaje ista, zbog čega čujemo ženski glas kao žensko, a muško kao muško. Najzanimljivije je mjesto gdje je brzina zvuka u km blizu nule. Ovo je vakuum u kojem se talasi ovog tipa jedva šire. Kako bi pokazali kako ovo funkcionira, fizičari postavljaju zvonjavu budilicu ispod haube koja je ispuhana. Što je vazduh veća, to se tiše čuje poziv.