Universul nostru se bazează pe astfel de constante elementare și fundamentale precum viteza sunetului și a luminii, acestea sunt axiome în lumea fizicii. Este clar că ne-am gândit cu toții la întrebarea - de ce depind aceste viteze? Când observăm fulgere, vedem mai întâi lumină, apoi un bubuit se rostogolește până la noi. De ce se întâmplă acest lucru și ce determină timpul care trece de la fulger la tunet? De fapt, totul este foarte simplu și ușor de explicat, trebuie doar să vă amintiți câteva prevederi de bază din curs şcolar fizicienii, vor pune totul la locul lui, ei bine, aproape totul... Dar mai întâi lucrurile...

Care este viteza luminii

Lumina se propagă - 299.792.458 m/s, într-un kilometru mai familiar echivalent cu noi, este de 1.079.252.848,8 km/h, dar pentru ușurință în operare, această cifră complexă este de obicei rotunjită și considerată a fi 300 mii km/s. Viteza luminii este cantitatea maximă de propagare a oricărui lucru în universul nostru. Dar cel mai interesant lucru despre toate acestea este că nu depinde absolut de viteza sursei care o emite.
Cum stau lucrurile în lumea noastră? Diferența de tempo a corpului aruncat și a obiectului din care a fost aruncat poate crește sau scădea, în funcție de accelerația cu care s-a făcut aruncarea. Să ne uităm la un exemplu: conduci o mașină, a cărei viteză este de 100 km pe oră și arunci o piatră în direcția de mers (să luăm viteza pietrei lansate ca fiind de 10 km/h), pentru un observator din exterior care stă pe marginea drumului, piatra va zbura deja cu o viteză de - 110 km/h În acest caz, viteza aruncării și mașina sunt însumate. Dar acest lucru nu se aplică vitezei luminii. În orice direcție zboară sursa, lumina se va propaga cu aceeași viteză, nu va accelera sau încetini. Aici se află paradoxul. Cel puțin așa credeau ei înainte, dar cum stau lucrurile acum? Mai multe despre asta mai târziu...

Care este mai rapid - viteza luminii sau viteza sunetului?

Oamenii de știință știu că viteza luminii este de aproximativ un milion de ori mai mare decât sunetul. Dar tempo-ul sunetului se poate schimba. Valoarea sa medie este de 1450 m/s. Viteza de propagare a sunetului depinde de tipul de mediu, fie că este apă sau aer, de temperatură și chiar de presiune. Se pare că valoarea exactă a acestei cantități nu există, există doar o valoare aproximativă în mediul cunoscut nouă - aerul. În ceea ce privește viteza luminii, încă se desfășoară o serie întreagă de experimente ale unor oameni de știință avansați din întreaga planetă.

Care este viteza sunetului în aer

Pentru prima dată, omul de știință francez M. Mersenne a reușit să determine viteza sunetului în aer în 1636. Temperatura mediu inconjurator a fost de 20 ° C și cu acest indicator sunetul a zburat cu o valoare de 343 m / s, în kilometri - 1235 km / h. Viteza de mișcare a sunetului depinde direct de temperatura mediului în care se propagă: dacă temperatura gazului crește, sunetul începe și el să se miște mai repede, respectiv, dimpotrivă, cu cât temperatura aerului este mai scăzută, cu atât este mai lent. sunetul se propaga.

De exemplu, la temperatura zero, sunetul este transmis deja cu o viteză de 331 m/s. Viteza sunetului depinde și de tipul de gaz. Cu cât diametrul moleculelor care formează gazul este mai mare, cu atât sunetul se deplasează mai lent. De exemplu, la temperatura zero, în hidrogen, viteza sunetului va fi de 1284 m/s, în heliu - 965 m/s. Diferență notabilă.

Viteza sunetului în vid

Sunetul, în esența sa, este vibrația moleculelor în cursul propagării. Este clar că, pentru ca sunetul să fie cumva transmis, este nevoie de un mediu de molecule care să vibreze. Nu există materie în vid, așa că sunetul nu poate călători acolo. Dar conform rezultatelor ultimele cercetări, a devenit clar că sunetul poate depăși un strat de vid, mai mic de un micron gros. Acest fenomen a fost numit - „tunelarea în vid a fononilor”, informații despre el au apărut simultan în două articole apărute în ediția tipărită a „Scrisorilor de revizuire fizică”. Trebuie amintit că vibrațiile moleculelor rețelei cristaline transportă nu numai sunet, ci și energie termală Prin urmare, căldura poate fi transferată și prin vid.

Viteza sunetului în apă

De obicei, viteza sunetului în lichide, inclusiv în apă, este mai mare decât într-un mediu gazos. Prima măsurare a unei astfel de viteze în apă a fost făcută în 1826 de oamenii de știință J. Colladon și J. Sturm. Experimentul a avut loc în Elveția, și anume pe unul dintre lacuri. Secvența de acțiuni pentru care a avut loc măsurarea a fost următoarea:

1. Pe barca, care era la ancora, au dat foc unui sac de praf de pușcă și au bătut în același timp și clopotul subacvatic;
2. La o distanță de 14 kilometri era o a doua barcă, de observație, pe lângă un fulger de praf de pușcă, care se vedea de departe, zgomotul unui clopot era prins și pe barcă printr-un corn subacvatic;
3. Din diferența de timp dintre bliț și sosirea undei sonore a fost posibil să se calculeze viteza sunetului. Apoi apa avea o temperatură de 8 °C și viteza sunetului era de 1440 m/s.

Între două medii diferite, o undă sonoră se comportă într-un mod interesant. O parte a acesteia intră în alt mediu, a doua este pur și simplu reflectată. Dacă sunetul intră din aer într-un lichid, atunci 99,9% din acesta este reflectat, dar presiunea în proporția sunetului care trece totuși în apă se dublează. Acesta este ceea ce folosesc peștii. Dacă țipi și faci zgomot lângă apă, locuitorii cu coadă din adâncuri vor merge rapid în iad.

Viteza de propagare a sunetului

Chiar și lumina, precum și sunetul și oscilațiile electromagnetice, își pot schimba viteza în diferite medii fizice. Ultimele cercetăriîn acest domeniu, s-a dovedit posibilitatea teoretică de a lansa un corp mai repede decât lumina. Cert este că, în unele gaze, viteza fotonilor (particulele care alcătuiesc lumina) încetinește vizibil. Este clar că este imposibil să vezi un astfel de fenomen cu ochiul liber, dar într-o știință exactă, precum fizica, acest lucru are o mare importanță. Deci, oamenii de știință au demonstrat că dacă lumina trece printr-un gaz, viteza acestuia va scădea atât de mult încât un corp lansat rapid se poate mișca mai repede decât fotonii.

Discutați despre propagarea sunetului în diferite medii

Pentru mulți, chiar și ani de la absolvire, rămâne necunoscut ce este cu adevărat în aer. Cineva a ascultat cu neatenție profesorul și cineva pur și simplu nu a înțeles pe deplin materialul prezentat. Ei bine, poate că este timpul să umplem acest gol în cunoștințe. Astăzi nu vom indica doar numerele „uscate”, ci vom explica însuși mecanismul care determină viteza sunetului în aer.

După cum știți, aerul este o combinație de diferite gaze. Puțin mai mult de 78% este azot, aproape 21% este oxigen, restul este dioxid de carbon și, prin urmare, vom vorbi despre viteza de propagare a sunetului într-un mediu gazos.

În primul rând, să definim, cu siguranță mulți au auzit zicala „ unde sonore sau „vibrații sonore”. Într-adevăr, de exemplu, difuzorul unei coloane de reproducere a sunetului oscilează la o anumită frecvență, care este clasificată de aparatul auditiv uman drept sunet. Una dintre legile fizicii spune că presiunea din gaze și lichide se propagă neschimbată în toate direcțiile. Rezultă că în condiții ideale viteza sunetului în gaze este uniformă. Desigur, în realitate are loc atenuarea sa naturală. Trebuie să vă amintiți această caracteristică, deoarece aceasta explică de ce viteza se poate schimba. Dar ne abatem puțin de la tema principală. Deci, dacă sunetul este vibrație, atunci ce vibrează?

Orice gaz este o colecție de atomi cu o anumită configurație. Spre deosebire de solide, între atomii din ele este relativ distanta lunga(comparativ, de exemplu, cu rețeaua cristalină a metalelor). Se poate face o analogie cu mazărea distribuită peste un recipient cu o masă asemănătoare jeleului. Sursa de vibrații sonore conferă impuls celor mai apropiați atomi de gaz. Ei, la rândul lor, ca mingile pe o masă de biliard, „lovin” vecinii, iar procesul se repetă. Viteza sunetului în aer determină doar intensitatea impulsului cauzei principale. Dar aceasta este doar o componentă. Cu cât atomii unei substanțe sunt mai denși, cu atât viteza de propagare a sunetului în ea este mai mare. De exemplu, viteza sunetului în aer este de aproape 10 ori mai mică decât în ​​granitul monolit. Acest lucru este foarte ușor de înțeles: pentru ca un atom dintr-un gaz să „zboare” către unul vecin și să-i transfere energia unui impuls, trebuie să depășească o anumită distanță.

Consecință: cu creșterea temperaturii, viteza de propagare a undelor crește. În ciuda vitezei proprii a atomilor este mai mare, ei se mișcă haotic și se ciocnesc mai des. De asemenea, este adevărat că un gaz comprimat conduce sunetul mult mai repede, dar cel lichefiat este încă campion.Calculele vitezei sunetului în gaze țin cont de densitatea inițială, compresibilitatea, temperatura și coeficientul (constanta gazului). De fapt, toate acestea decurg din cele de mai sus.

Oricum, care este viteza sunetului în aer? Mulți au ghicit deja că este imposibil să dai un răspuns cert. Iată doar câteva dintre datele de bază:

La zero la punctul zero (nivelul mării), viteza sunetului este de aproximativ 331 m/s;

Scăzând temperatura la -20 de grade Celsius, poți „încetini” undele sonore la 319 m/s, deoarece inițial atomii din spațiu se mișcă mai încet;

Creșterea acestuia la 500 de grade accelerează propagarea sunetului de aproape o dată și jumătate - până la 550 m / s.

Cu toate acestea, datele date sunt orientative, deoarece, pe lângă temperatură, capacitatea gazelor de a conduce sunetul este afectată și de presiune, configurația spațiului (o cameră cu obiecte sau spatiu deschis), mobilitatea proprie etc.

În prezent, proprietatea atmosferei de a conduce sunetul este investigată activ. De exemplu, unul dintre proiecte vă permite să determinați temperatura straturilor de aer prin înregistrarea reflectată (ecoul).

Cât de repede călătorește sunetul?

Viteza sunetului depinde de mediul în care se propagă. De exemplu, sunetul circulă în aer cu o viteză de 344 m/s. Cu toate acestea, dacă temperatura, presiunea, umiditatea aerului variază, atunci se schimbă și viteza sunetului. Sunetul circulă printr-un mediu lichid, cum ar fi apa, cu o viteză de aproximativ 1500 m/s. Sunetul trece și mai repede solide: 2500 m/s prin materiale plastice dure, 5000 m/s prin oțel și aproximativ 6000 m/s prin unele tipuri de sticlă.

Poate sunetul să sară de obiecte în același mod în care poate lumina?

Undele sonore se aruncă pe suprafețe dure, netede și plane (pereți, uși) precum undele luminoase sări de pe o oglindă. Dacă trec mai mult de 0,1 s între revenirea ecoului (sau reflectarea) și trimiterea sunetului original, atunci le auzim ca două sunete separate, sunetul reflectat se numește ecou. Dacă diferența de timp dintre sosirea ecoului reflectat și transmiterea sunetului este mai mică, atunci acestea sunt amestecate. Ceea ce crește durata totală a sunetului. Acest fenomen este cunoscut sub numele de reverberație.

Camerele speciale fonoabsorbante sunt acoperite complet din interior cu materiale moi, cu o anumită textură. Pereții, tavanele și podelele captează aproape toate energie sonoră, iar reflexiile sonore nu apar nici sub forma unui ecou, ​​nici sub forma reverberatiei. Astfel de camere se numesc camere surde: toate sunetele din ele sunt înăbușite.

Balenele de vânătoare, cum ar fi balenele beluga, emit clicuri acustice similare cu cele trimise de un liliac. Aceste impulsuri sunt reflectate ca un ecou, ​​informând balena despre obiectele din apropiere.

Să măsurăm sunetul

Viteza in functie de numarul Mach

Unele aeronave pot zbura mai repede decât viteza sunetului, pe scara Mach corespunde numărului M = 1. O aeronavă supersonică în zbor formează o undă de compresie care se propagă ca o lovitură puternică și profundă cunoscută sub numele de boom sonic (când aeronava sparge bariera sunetului). Lovitura ar fi putut trăda prezența unui avion stealth, un bombardier B-2, astfel încât astfel de aeronave zboară de obicei cu o viteză puțin mai mică decât numărul M=1.

Viteza de croazieră a B-2 este de aproximativ 700 km/h.

Numărul Mach

Viteza sunetului poate fi descrisă pe scara Mach. Unitatea de măsură este reprezentată ca un număr comparativ al raportului dintre viteza aeronavei și viteza sunetului în anumite condiții. Numărul Mach este numit după omul de știință austriac Ernst Mach (1838-1916).

Viteza sunetului în aer la o temperatură de 20 de grade și presiunea aerului standard la nivelul mării corespunde cu aproximativ 1238 km/h. Prin urmare, un obiect care se mișcă la fel de repede are o viteză M = 1 în numere Mach.

Foarte sus deasupra solului, unde temperatura și presiunea aerului sunt mai mici decât de obicei, viteza sunetului este de 1062 km/h. Prin urmare, un număr Mach de 1,5 acolo corespunde la 1593 km/h.

10 dB - cele mai silențioase sunete pe care urechile noastre le pot capta, cum ar fi ticăitul unui ceas

20 dB - șoaptă

40 dB - conversație calmă a oamenilor din jur

50 dB - TV sau radio în intervalul mediu audio

60 dB - o conversație destul de tare

70 dB - aparate electrocasnice: aspirator sau procesor de casa

80 dB - tren care trece pe lângă gară

100 dB - mașină foarte zgomotoasă sau ciocan pneumatic pentru lucrări rutiere

120 dB - decolarea avionului cu reactie

Pe scara decibelilor, fiecare pauză de 10 dB înseamnă o creștere de 10 ori a energiei. De exemplu, 60 dB este de zece ori mai puternic decât 50 dB.

Data publicarii 01.12.2013 06:12

Sunetul este una dintre cele mai importante componente viata umana. Pentru a explica însuși fenomenul sunetului, trebuie mai întâi să înțelegem ce este sunetul. Majoritatea enciclopediilor spun că sunetul este unde elastice care se propagă într-un mediu elastic și creează vibrații mecanice în el. Dacă simplificăm acest concept, se dovedește că sunetul este vibrații audibile în orice mediu. Principalele caracteristici ale sunetului depind de ce fel de mediu este. Principala caracteristică a sunetului este viteza acestuia, deoarece, de exemplu, în apă, viteza sunetului este izbitor de diferită de viteza sa într-un mediu diferit.

Orice sunet are anumite proprietăți, sau trăsături fizice, precum și calități (afișarea acestor trăsături în senzațiile umane). Aici sunt implicați factori precum durata-durată, frecvența înălțimii, compoziția timbrului etc.

Toată lumea știe că apa este mult mai densă decât aerul. Este de 800 de ori mai dens decât aerul sau oțelul și, din această cauză, sunetul se deplasează mult mai departe și mai repede în apă. Din toate acestea rezultă faptul că viteza de propagare a sunetului este foarte influențată de mediul înconjurător. Pentru persuasivitate, uitați-vă la numerele reale: viteza sunetului în apă– 1430 m/s, și viteza sunetului în aer- 331 m/s.

Zgomotul de joasă frecvență care apare ca urmare a funcționării motorului navei se aude mult mai devreme decât apare vasul în sine în câmpul vizual. Pe viteza sunetului în apă influențată de mai mulți factori. Pe măsură ce temperatura apei crește, crește și viteza sunetului. Același efect apare și cu creșterea nivelului de salinitate al apei și a presiunii acesteia, care crește odată cu creșterea adâncimii. Pe viteza sunetului în apă termopanele (locuri unde se întâlnesc straturi de apă de diferite temperaturi) au un efect special.

Pentru că în astfel de locuri temperatură diferită, densitatea apei din ele nu poate fi aceeași. Și din această cauză, undele sonore care trec prin pene termice își pierd cea mai mare parte din forță. Când undele sonore se ciocnesc cu termoclinul, ele sunt reflectate parțial sau complet, ceea ce duce la formarea unei zone de umbră pe cealaltă parte. Dacă sursa de sunet este deasupra termoclinului, atunci sub ea va fi aproape imposibil să auzi ceva.

Sunetul emis la suprafață nu va fi auzit niciodată în apă. Se întâmplă și în situațiile în care vibrațiile sonore sunt emise în apă - acestea nu vor fi auzite la suprafață. Auzul lor este mult redus datorită faptului că apa are un efect puternic asupra timpanele, iar datorită vitezei undelor sonore în apă, capacitatea de a determina direcția din care se deplasează acest sunet este redusă.

Sub apă, sunetul intră în urechea umană nu prin timpane, ca pe uscat, ci prin oasele craniului. Acesta este motivul pentru care sunetul subacvatic este perceput de ambele urechi simultan. Creierul uman nu poate determina sursa acestui sunet și intensitatea acestuia, drept urmare, o persoană are un sentiment de „rulare” a undelor sonore din toate părțile și în același timp, deși nu este absolut cazul.

Astăzi, mulți coloniști noi, care dotează un apartament, sunt nevoiți să efectueze lucrări suplimentare, inclusiv izolare fonică a caselor, deoarece. materialele standard utilizate fac posibilă doar ascunderea parțială a ceea ce se întâmplă în propria casă și să nu fie interesat împotriva voinței de comunicarea vecinilor.

Pe la solide afectează cel puţin densitatea şi elasticitatea substanţei opuse undei. Prin urmare, la echiparea incintei, stratul adiacent peretelui portant este izolat fonic cu „ture” de sus și de jos. Vă permite să reduceți în decibeli uneori de mai mult de 10 ori. Apoi sunt așezate covorașe de bazalt, iar deasupra sunt așezate foi de gips-carton, care reflectă sunetul din apartament. Când o undă sonoră „zboară” către o astfel de structură, este atenuată în straturile izolatoare, care sunt poroase și moi. Dacă sunetul este puternic, atunci materialele care îl absorb s-ar putea chiar să se încălzească.

Substantele elastice, precum apa, lemnul, metalele, transmit bine, asa ca auzim un „cântat” minunat instrumente muzicale. Și unele naționalități au determinat în trecut abordarea, de exemplu, a călăreților, punând urechea la pământ, care este și destul de elastică.

Viteza sunetului în km depinde de caracteristicile mediului în care se propagă. În special, procesul poate fi afectat de presiunea acestuia, compoziție chimică, temperatura, elasticitatea, densitatea și alți parametri. De exemplu, într-o tablă de oțel, o undă sonoră se deplasează cu o viteză de 5100 de metri pe secundă, în sticlă - aproximativ 5000 m / s, în lemn și granit - aproximativ 4000 m / s. Pentru a converti viteza în kilometri pe oră, înmulțiți cu 3600 (secunde pe oră) și împărțiți cu 1000 (metri pe kilometru).

Viteza sunetului în km în mediul acvatic este diferită pentru substanțele cu salinitate diferită. Pentru apa dulce la o temperatură de 10 grade Celsius, este de aproximativ 1450 m/s, iar la o temperatură de 20 de grade Celsius și aceeași presiune, este deja aproximativ 1490 m/s.

Mediul salin se distinge printr-o viteză deliberat mai mare de trecere a vibrațiilor sonore.

Propagarea sunetului în aer depinde și de temperatură. Cu valoarea acestui parametru egală cu 20, undele sonore se deplasează cu o viteză de aproximativ 340 m/s, adică aproximativ 1200 km/h. Iar la zero grade, viteza scade la 332 m/s. Revenind la izolatoarele apartamentelor noastre, putem afla că într-un material precum pluta, care este adesea folosit pentru a reduce zgomotul exterior, viteza sunetului în km este de numai 1800 km/h (500 metri pe secundă). Aceasta este de zece ori mai mică decât această caracteristică la piesele din oțel.

Unda sonoră este o vibrație longitudinală a mediului în care se propagă. Când trece, de exemplu, melodia unei piese muzicale printr-un fel de obstacol, nivelul volumului acesteia scade, deoarece. modificări În același timp, frecvența rămâne aceeași, datorită căreia auzim voce feminină ca feminin și masculin ca masculin. Cel mai interesant este locul unde viteza sunetului în km este aproape de zero. Acesta este un vid în care undele de acest tip se propagă cu greu. Pentru a demonstra cum funcționează acest lucru, fizicienii plasează un ceas cu alarmă care sună sub o capotă care este dezumflată. Cu cât este mai mare rarefierea aerului, cu atât apelul se aude mai liniștit.