Universi ynë bazohet në konstante të tilla elementare dhe themelore si shpejtësia e zërit dhe dritës, këto janë aksioma në botën e fizikës. Është e qartë se të gjithë kemi menduar për pyetjen - nga çfarë varen këto shpejtësi? Kur vëzhgojmë rrufenë, së pari shohim dritë, dhe më pas një gjëmim rrotullohet drejt nesh. Pse ndodh kjo dhe çfarë përcakton kohën që kalon nga ndezja në bubullimë? Në fakt, gjithçka është shumë e thjeshtë dhe e lehtë për t'u shpjeguar, thjesht duhet të mbani mend disa dispozita themelore nga kursi shkollor fizikanët, ata do të vendosin gjithçka në vendin e vet, mirë, pothuajse gjithçka ... Por gjërat e para së pari ...

Sa është shpejtësia e dritës

Drita përhapet - 299,792,458 m / s, në një kilometër më të njohur ekuivalent me ne, kjo është 1,079,252,848.8 km / orë, por për lehtësinë e funksionimit, kjo shifër komplekse zakonisht rrumbullakohet dhe konsiderohet të jetë 300 mijë km / s. Shpejtësia e dritës është shuma maksimale e përhapjes së çdo gjëje në universin tonë. Por gjëja më interesante për të gjithë këtë është se absolutisht nuk varet nga shpejtësia e burimit që e lëshon atë.
Si janë gjërat në botën tonë? Dallimi në shpejtësinë e trupit të hedhur dhe objektit nga i cili është hedhur mund të rritet ose ulet, në varësi të nxitimit me të cilin është bërë hedhja. Le të shohim një shembull: ju jeni duke drejtuar një makinë, shpejtësia e së cilës është 100 km në orë dhe hedhni një gur në drejtim të udhëtimit (le të marrim shpejtësinë e gurit të lëshuar si 10 km/h), për një vëzhgues të jashtëm. kush qëndron në anë të rrugës, guri tashmë do të fluturojë me një shpejtësi prej - 110 km/h Në këtë rast, shpejtësia e hedhjes dhe makina përmblidhen. Por kjo nuk vlen për shpejtësinë e dritës. Sido që të fluturojë burimi, drita do të përhapet me të njëjtën shpejtësi, as nuk do të përshpejtohet dhe as do të ngadalësohet. Këtu qëndron paradoksi. Të paktën kështu mendonin ata më parë, por si janë gjërat tani? Më shumë për këtë më vonë...

Cila është më e shpejtë - shpejtësia e dritës apo shpejtësia e zërit?

Shkencëtarët e dinë se shpejtësia e dritës është rreth një milion herë më e shpejtë se zëri. Por ritmi i zërit mund të ndryshojë. Vlera mesatare e tij është 1450 m/s. Shpejtësia e përhapjes së zërit varet nga lloji i mediumit, nëse është ujë apo ajër, nga temperatura dhe madje edhe presioni. Rezulton se vlera e saktë e kësaj sasie nuk ekziston, ekziston vetëm një vlerë e përafërt në mjedisin e njohur për ne - ajri. Sa i përket shpejtësisë së dritës, një seri e tërë eksperimentesh nga shkencëtarë të avancuar nga i gjithë planeti janë ende duke u kryer.

Sa është shpejtësia e zërit në ajër

Për herë të parë, shkencëtari francez M. Mersenne arriti të përcaktojë shpejtësinë e zërit në ajër në 1636. Temperatura mjedisi ishte 20 ° C dhe me këtë tregues tingulli fluturoi me një vlerë prej 343 m / s, në kilometra - 1235 km / orë. Shpejtësia e lëvizjes së tingullit varet drejtpërdrejt nga temperatura e mjedisit në të cilin ai përhapet: nëse temperatura e gazit rritet, zëri gjithashtu fillon të lëvizë më shpejt, përkatësisht, përkundrazi, sa më e ulët të jetë temperatura e ajrit, aq më ngadalë tingulli përhapet.

Për shembull, në temperaturë zero, zëri transmetohet tashmë me një shpejtësi prej 331 m/s. Shpejtësia e zërit varet edhe nga lloji i gazit. Sa më i madh të jetë diametri i molekulave që përbëjnë gazin, aq më ngadalë lëviz zëri. Për shembull, në temperaturë zero, në hidrogjen, shpejtësia e zërit do të jetë 1284 m/s, në helium - 965 m/s. Ndryshimi i dukshëm.

Shpejtësia e zërit në vakum

Tingulli, në thelb, është dridhja e molekulave në rrjedhën e përhapjes. Është e qartë se në mënyrë që zëri të transmetohet disi, nevojitet një medium molekulash që do të dridhen. Nuk ka materie në vakum, kështu që zëri nuk mund të udhëtojë atje. Por sipas rezultateve hulumtimet më të fundit, u bë e qartë se tingulli mund të kapërcejë një shtresë vakumi, më pak se një mikron i trashë. Ky fenomen u quajt - "tuneli i vakumit të fononeve", informacioni mbi të u shfaq njëkohësisht në dy artikuj që u shfaqën në edicionin e shtypur të "Letrat e rishikimit fizik". Duhet mbajtur mend se dridhjet e molekulave të rrjetës kristalore mbartin jo vetëm zërin, por edhe energji termale Prandaj, nxehtësia mund të transferohet edhe përmes vakumit.

Shpejtësia e zërit në ujë

Zakonisht, shpejtësia e zërit në lëngje, përfshirë ujin, është më e madhe se në një mjedis të gaztë. Matja e parë e një shpejtësie të tillë në ujë u bë në vitin 1826 nga shkencëtarët J. Colladon dhe J. Sturm. Eksperimenti u zhvillua në Zvicër, përkatësisht në një nga liqenet. Sekuenca e veprimeve për të cilat u krye matja ishte si më poshtë:

1. Në varkën, e cila ishte në spirancë, i vunë zjarrin një qese me barut dhe në të njëjtën kohë rrahën zilen nënujore;
2. Në një distancë prej 14 kilometrash ishte një varkë e dytë, vëzhguese, përveç një shkrepjeje baruti, e cila dukej nga larg, zhurma e një kambane u kap në varkë edhe nga një bori nënujore;
3. Ishte nga diferenca kohore midis ndezjes dhe mbërritjes së valës së zërit që ishte e mundur të llogaritet shpejtësia e zërit. Pastaj uji kishte një temperaturë prej 8 °C dhe shpejtësia e zërit ishte 1440 m/s.

Midis dy mediave të ndryshme, një valë zanore sillet në një mënyrë interesante. Një pjesë e saj hyn në një mjedis tjetër, e dyta thjesht pasqyrohet. Nëse zëri hyn në një lëng nga ajri, atëherë 99.9% e tij reflektohet, por presioni në raportin e zërit që megjithatë kalon në ujë dyfishohet. Kjo është ajo që përdorin peshqit. Nëse bërtisni dhe bëni zhurmë pranë ujit, banorët me bisht të thellësive do të shkojnë shpejt në ferr.

Shpejtësia e përhapjes së zërit

Edhe drita, si dhe lëkundjet e zërit dhe elektromagnetike, mund të ndryshojnë shpejtësinë e tyre në media të ndryshme fizike. Hulumtimi i fundit në këtë fushë, vërtetoi mundësinë teorike të lëshimit të një trupi më shpejt se drita. Fakti është se në disa gaze shpejtësia e fotoneve (grimcat që përbëjnë dritën) ngadalësohet dukshëm. Është e qartë se është e pamundur të shihet një fenomen i tillë me sy të lirë, por në një shkencë ekzakte, siç është fizika, kjo ka një rëndësi të madhe. Pra, shkencëtarët kanë vërtetuar se nëse drita kalon përmes një gazi, shpejtësia e saj do të ulet aq shumë sa një trup i lëshuar me shpejtësi mund të lëvizë më shpejt se fotonet.

Diskutoni për përhapjen e zërit në mjedise të ndryshme

Për shumë, edhe vite pas diplomimit, mbetet e panjohur se çfarë është në të vërtetë në ajër. Dikush e dëgjoi pa vëmendje mësuesin dhe dikush thjesht nuk e kuptoi plotësisht materialin e paraqitur. Epo, ndoshta është koha për të mbushur këtë boshllëk në njohuri. Sot nuk do të tregojmë vetëm numrat "të thatë", por do të shpjegojmë vetë mekanizmin që përcakton shpejtësinë e zërit në ajër.

Siç e dini, ajri është një kombinim i gazrave të ndryshëm. Pak më shumë se 78% është azot, pothuajse 21% është oksigjen, pjesa tjetër është dioksid karboni dhe për këtë arsye, ne do të flasim për shpejtësinë e përhapjes së zërit në një mjedis të gaztë.

Së pari, le të përcaktojmë, me siguri shumë e kanë dëgjuar thënien " valët e zërit ose "dridhjet e zërit". Në të vërtetë, për shembull, shpërndarësi i një kolone që riprodhon zërin dridhet në një frekuencë të caktuar, e cila klasifikohet nga aparati i dëgjimit të njeriut si zë. Një nga ligjet e fizikës thotë se presioni në gaze dhe lëngje përhapet i pandryshuar në të gjitha drejtimet. Nga kjo rrjedh se në kushte ideale shpejtësia e zërit në gaze është uniforme. Sigurisht, në realitet, zbutja e tij natyrore ndodh. Ju duhet ta mbani mend këtë veçori, pasi është ajo që shpjegon pse shpejtësia mund të ndryshojë. Por ne largohemi pak nga temë kryesore. Pra, nëse tingulli është dridhje, çfarë saktësisht është ai që dridhet?

Çdo gaz është një koleksion atomesh të një konfigurimi të caktuar. Ndryshe nga trupat e ngurtë, midis atomeve në to është relativisht distancë e madhe(krahasuar, për shembull, me rrjetën kristalore të metaleve). Një analogji mund të vizatohet me bizele të shpërndara mbi një enë me një masë pelte. Burimi i dridhjeve të zërit i jep vrull atomeve më të afërta të gazit. Ata, nga ana tjetër, si topa në tryezën e bilardos, "goditin" fqinjët dhe procesi përsëritet. Shpejtësia e zërit në ajër përcakton vetëm intensitetin e impulsit të shkakut rrënjësor. Por ky është vetëm një komponent. Sa më të dendura të jenë atomet e një lënde, aq më e lartë është shpejtësia e përhapjes së zërit në të. Për shembull, shpejtësia e zërit në ajër është pothuajse 10 herë më pak se në granit monolit. Kjo është shumë e lehtë për t'u kuptuar: në mënyrë që një atom në një gaz të "fluturojë" në një fqinj dhe të transferojë energjinë e një impulsi në të, ai duhet të kapërcejë një distancë të caktuar.

Pasoja: me rritjen e temperaturës rritet shpejtësia e përhapjes së valës. Pavarësisht se shpejtësia e tyre e atomeve është më e lartë, ato lëvizin në mënyrë kaotike dhe përplasen më shpesh. Është gjithashtu e vërtetë se një gaz i ngjeshur e përcjell tingullin shumë më shpejt, por gazi i lëngshëm është ende kampion.Llogaritjet e shpejtësisë së zërit në gaze marrin parasysh densitetin fillestar, ngjeshshmërinë, temperaturën dhe koeficientin (konstantja e gazit). Në fakt, e gjithë kjo rrjedh nga sa më sipër.

Sa është shpejtësia e zërit në ajër gjithsesi? Shumë kanë hamendësuar tashmë se është e pamundur të japësh një përgjigje të qartë. Këtu janë vetëm disa nga të dhënat themelore:

Në zero në pikën zero (niveli i detit), shpejtësia e zërit është rreth 331 m/s;

Duke ulur temperaturën në -20 gradë Celsius, mund të "ngadalësoni" valët e zërit në 319 m/s, pasi fillimisht atomet në hapësirë ​​lëvizin më ngadalë;

Rritja e tij në 500 gradë përshpejton përhapjen e zërit me pothuajse një herë e gjysmë - deri në 550 m / s.

Megjithatë, të dhënat e dhëna janë indikative, pasi, përveç temperaturës, aftësia e gazeve për të përcjellë zërin ndikohet edhe nga presioni, konfigurimi i hapësirës (një dhomë me objekte ose zonë e hapur), lëvizshmërinë e vet, etj.

Aktualisht, vetia e atmosferës për të përcjellë zërin është duke u hetuar në mënyrë aktive. Për shembull, një nga projektet ju lejon të përcaktoni temperaturën e shtresave të ajrit duke regjistruar reflektimin (jehonën).

Sa shpejt udhëton zëri?

Shpejtësia e zërit varet nga mediumi në të cilin ai përhapet. Për shembull, zëri udhëton në ajër me një shpejtësi prej 344 m/s. Megjithatë, nëse temperatura, presioni, lagështia e ajrit ndryshojnë, atëherë ndryshon edhe shpejtësia e zërit. Tingulli kalon nëpër një mjedis të lëngshëm, si uji, me një shpejtësi prej rreth 1500 m/s. Zëri edhe më i shpejtë përshkon të ngurta: 2500 m/s përmes plastikës së fortë, 5000 m/s përmes çelikut dhe afërsisht 6000 m/s përmes disa llojeve të xhamit.

A mund të kërcejë tingulli nga objektet në të njëjtën mënyrë si drita?

Valët e zërit kërcejnë nga sipërfaqet e forta, të lëmuara dhe të sheshta (muret, dyert) ashtu si valët e dritës kërcejnë nga një pasqyrë. Nëse ndërmjet kthimit të jehonës (ose reflektimit) dhe dërgimit të tingullit origjinal kalojnë më shumë se 0,1 s, atëherë i dëgjojmë si dy tinguj të veçantë, tingulli i reflektuar quhet jehonë. Nëse diferenca në kohë ndërmjet mbërritjes së jehonës së reflektuar dhe dërgimit të zërit është më e vogël, atëherë ato përzihen. E cila rrit kohëzgjatjen e përgjithshme të zërit. Ky fenomen njihet si reverberation.

Dhomat speciale për thithjen e zërit janë të mbuluara plotësisht nga brenda me materiale të buta të një teksture të caktuar. Muret, tavanet dhe dyshemetë kapin pothuajse të gjitha energjia e zërit, dhe reflektimet e zërit nuk ndodhin as në formën e një jehone dhe as në formën e jehonës. Dhomat e tilla quhen dhoma të shurdhër: të gjithë tingujt në to janë të mbytur.

Balenat e gjuetisë, të tilla si balenat beluga, lëshojnë klikime akustike të ngjashme me ato të dërguara nga një lakuriq nate. Këto impulse reflektohen si një jehonë, duke informuar balenën për objektet aty pranë.

Le të matim zërin

Shpejtësia sipas numrit Mach

Disa avionë mund të fluturojnë më shpejt se shpejtësia e zërit, në shkallën Mach korrespondon me numrin M = 1. Një avion supersonik në fluturim formon një valë ngjeshjeje që përhapet si një zhurmë e fortë dhe e thellë e njohur si bum zanor (kur avioni thyen barrierën e zërit). Goditja mund të kishte tradhtuar praninë e një avioni stealth, një bombardues B-2, kështu që avionë të tillë zakonisht fluturojnë me një shpejtësi pak më të vogël se numri M=1.

Shpejtësia e lundrimit të B-2 është afërsisht 700 km/h.

Numri Mach

Shpejtësia e zërit mund të përshkruhet në shkallën Mach. Njësia e matjes përfaqësohet si një numër krahasues i raportit të shpejtësisë së avionit me shpejtësinë e zërit në kushte të caktuara. Numri Mach është emëruar pas shkencëtarit austriak Ernst Mach (1838-1916).

Shpejtësia e zërit në ajër në një temperaturë prej 20 gradë dhe presioni standard i ajrit në nivelin e detit korrespondon me afërsisht 1238 km/h. Prandaj, një objekt që lëviz po aq shpejt ka një shpejtësi M = 1 në numra Mach.

Shumë lart mbi tokë, ku temperatura dhe presioni i ajrit janë më të ulëta se zakonisht, shpejtësia e zërit është 1062 km/h. Prandaj, një numër Mach prej 1.5 atje korrespondon me 1593 km/h.

10 dB - tingujt më të qetë që veshët tanë mund të dëgjojnë, siç është tik-takimi i orës

20 dB - pëshpëritje

40 dB - bisedë e qetë e njerëzve përreth

50 dB - TV ose radio në intervalin e mesëm audio

60 dB - një bisedë mjaft e zhurmshme

70 dB - pajisje shtëpiake: fshesë me korrent ose procesor shtëpiak

80 dB - treni që kalon pranë stacionit

100 dB - makinë ose çekiç shumë i zhurmshëm për punimet në rrugë

120 dB - avioni jet duke u ngritur

Në shkallën decibel, çdo ndërprerje prej 10 dB nënkupton një rritje 10x të energjisë. Për shembull, 60 dB është dhjetë herë më e fuqishme se 50 dB.

Data e publikimit 01/12/2013 06:12

Tingulli është një nga komponentët më të rëndësishëm jeta njerëzore. Për të shpjeguar vetë fenomenin e tingullit, fillimisht duhet kuptuar se çfarë është tingulli. Shumica e enciklopedive thonë se tingulli është valë elastike që përhapen në një mjedis elastik dhe krijojnë dridhje mekanike në të. Nëse e thjeshtojmë këtë koncept, rezulton se zëri është dridhje e dëgjueshme në çdo medium. Karakteristikat kryesore të tingullit varen nga lloji i mjedisit. Karakteristika kryesore e zërit është shpejtësia e tij, pasi, për shembull, në ujë, shpejtësia e zëritështë jashtëzakonisht i ndryshëm nga shpejtësia e tij në një mjedis të ndryshëm.

Çdo tingull ka veti të caktuara, ose veçori fizike, si dhe cilësi (shfaqja e këtyre veçorive në ndjesitë njerëzore). Këtu nënkuptohen faktorë të tillë si kohëzgjatja-kohëzgjatja, zëri-frekuenca, timbri-përbërja, etj.

Të gjithë e dinë se uji është shumë më i dendur se ajri. Ai është 800 herë më i dendur se ajri ose çeliku, dhe është për shkak të kësaj që tingulli udhëton shumë më tej dhe më shpejt në ujë. Nga e gjithë kjo rrjedh fakti se shpejtësia e përhapjes së zërit ndikohet shumë nga mjedisi rrethues. Për bindje, shikoni numrat realë: shpejtësia e zërit në ujë– 1430 m/s, dhe shpejtësia e zërit në ajër- 331 m/s.

Zhurma me frekuencë të ulët që ndodh si rezultat i funksionimit të motorit të anijes dëgjohet shumë më herët sesa vetë anija shfaqet në fushën e shikimit. Në shpejtësia e zërit në ujë ndikuar nga disa faktorë. Me rritjen e temperaturës së ujit, rritet edhe shpejtësia e zërit. I njëjti efekt ndodh me një rritje të nivelit të kripës së ujit dhe presionit të tij, i cili rritet me rritjen e thellësisë. Në shpejtësia e zërit në ujë një efekt të veçantë kanë termowedges (vende ku takohen shtresa uji me temperatura të ndryshme).

Sepse në vende të tilla temperatura të ndryshme, dendësia e ujit në to gjithashtu nuk mund të jetë e njëjtë. Dhe për shkak të kësaj, valët e zërit që kalojnë nëpër pyka termike humbasin pjesën më të madhe të forcës së tyre. Kur valët e zërit përplasen me termoklinën, ato reflektohen pjesërisht ose plotësisht, gjë që çon në formimin e një zone hije në anën tjetër. Nëse burimi i zërit është mbi termoklinën, atëherë nën të do të jetë pothuajse e pamundur të dëgjosh diçka.

Tingulli i bërë në sipërfaqe nuk do të dëgjohet kurrë në ujë. Ndodh gjithashtu në situata kur dridhjet e zërit lëshohen në ujë - ato nuk do të dëgjohen në sipërfaqe. Dëgjimi i tyre zvogëlohet shumë për faktin se uji ka një efekt të fortë në daullet e veshit, dhe për shkak të shpejtësisë së valëve të zërit në ujë, aftësia për të përcaktuar drejtimin nga i cili udhëton ky tingull zvogëlohet.

Nën ujë, zëri hyn në veshin e njeriut jo përmes daulleve të veshit, si në tokë, por përmes kockave të kafkës. Kjo është arsyeja pse tingulli nën ujë perceptohet nga të dy veshët menjëherë. Truri i njeriut nuk mund të përcaktojë burimin e këtij tingulli dhe intensitetin e tij, si rezultat i të cilit, një person ka një ndjenjë të "rrotullimit" të valëve zanore nga të gjitha anët dhe në të njëjtën kohë, megjithëse absolutisht nuk është kështu.

Sot, shumë kolonë të rinj, duke pajisur një apartament, janë të detyruar të kryejnë punë shtesë, duke përfshirë izolimin e zërit të shtëpive të tyre, sepse. materialet standarde të përdorura bëjnë të mundur që vetëm pjesërisht të fshihet ajo që po ndodh në shtëpinë e vet dhe të mos interesohet kundër dëshirës për komunikimin e fqinjëve.

Për të të ngurta ndikon të paktën në densitetin dhe elasticitetin e substancës që kundërshton valën. Prandaj, kur pajisni ambientet, shtresa ngjitur me murin mbajtës është bërë e papërshkueshme nga zëri me "xhiro" nga lart dhe poshtë. Kjo ju lejon të zvogëloni në decibel ndonjëherë më shumë se 10 herë. Më pas vendosen dyshekë bazalti dhe sipër vendosen fletë gipsi, të cilat pasqyrojnë tingullin nga banesa. Kur një valë zanore "fluturon lart" në një strukturë të tillë, ajo dobësohet në shtresat e izolatorit, të cilat janë poroze dhe të buta. Nëse tingulli është i fortë, atëherë materialet që e thithin atë mund edhe të nxehen.

Substancat elastike, si uji, druri, metalet, transmetojnë mirë, kështu që dëgjojmë një "këndim" të mrekullueshëm. instrumente muzikore. Dhe disa kombësi në të kaluarën përcaktuan qasjen, për shembull, të kalorësve, duke vënë veshin në tokë, e cila është gjithashtu mjaft elastike.

Shpejtësia e zërit në km varet nga karakteristikat e mediumit në të cilin ai përhapet. Në veçanti, procesi mund të ndikohet nga presioni i tij, përbërje kimike, temperatura, elasticiteti, dendësia dhe parametra të tjerë. Për shembull, në një fletë çeliku, një valë zanore udhëton me një shpejtësi prej 5100 metrash në sekondë, në xhami - rreth 5000 m / s, në dru dhe granit - rreth 4000 m / s. Për të kthyer shpejtësinë në kilometra në orë, shumëzojeni me 3600 (sekonda në orë) dhe pjesëtojeni me 1000 (metra për kilometër).

Shpejtësia e zërit në km në mjedisin ujor është e ndryshme për substancat me kripësi të ndryshme. Për ujë të freskët në një temperaturë prej 10 gradë Celsius, është rreth 1450 m/s, dhe në një temperaturë prej 20 gradë Celsius dhe presion të njëjtë, tashmë është rreth 1490 m/s.

Mjedisi i kripur dallohet nga një shpejtësi qëllimisht më e lartë e kalimit të dridhjeve të zërit.

Përhapja e zërit në ajër varet gjithashtu nga temperatura. Me vlerën e këtij parametri të barabartë me 20, valët e zërit udhëtojnë me një shpejtësi prej rreth 340 m/s, që është rreth 1200 km/h. Dhe në zero gradë, shpejtësia ngadalësohet në 332 m/s. Duke u kthyer te izoluesit e apartamenteve tona, mund të mësojmë se në një material të tillë si tapa, i cili përdoret shpesh për të reduktuar zhurmën e jashtme, shpejtësia e zërit në km është vetëm 1800 km/h (500 metra në sekondë). Kjo është dhjetë herë më e ulët se kjo karakteristikë në pjesët e çelikut.

Vala e zërit është një dridhje gjatësore e mediumit në të cilin ajo përhapet. Kur kalon, për shembull, melodinë e një pjese muzikore përmes një lloj pengese, niveli i volumit të saj ulet, sepse. ndryshon Në të njëjtën kohë, frekuenca mbetet e njëjtë, për shkak të së cilës dëgjojmë zë femëror si femërore, dhe mashkullore si mashkullore. Më interesant është vendi ku shpejtësia e zërit në km është afër zeros. Ky është një vakum në të cilin valët e këtij lloji mezi përhapen. Për të demonstruar se si funksionon kjo, fizikanët vendosin një orë zileje me zile nën një kapuç që është shfryrë. Sa më i madh të jetë rrallimi i ajrit, aq më e qetë dëgjohet thirrja.