Evrenimiz, ses ve ışık hızı gibi temel ve temel sabitlere dayanmaktadır, bunlar fizik dünyasındaki aksiyomlardır. Hepimizin şu soruyu düşündüğü açıktır - bu hızlar neye bağlıdır? Şimşeği gözlemlediğimizde önce ışığı görürüz, sonra bize doğru bir gümbürtü gelir. Bu neden olur ve şimşekten gök gürültüsüne geçen süreyi ne belirler? Aslında, her şey çok basit ve açıklaması kolaydır, sadece bazı temel hükümleri hatırlamanız gerekir. okul kursu fizikçiler, her şeyi yerine koyacaklar, yani, hemen hemen her şeyi... Ama önce ilk şeyler ...

ışık hızı nedir

Işık yayılır - 299.792.458 m / s, bize eşdeğer daha tanıdık bir kilometrede, bu 1.079.252.848.8 km / s'dir, ancak kullanım kolaylığı için bu karmaşık rakam genellikle yuvarlanır ve 300 bin km / s olarak kabul edilir. Işık hızı, evrenimizdeki herhangi bir şeyin maksimum yayılma miktarıdır. Ancak tüm bunlarla ilgili en ilginç şey, kesinlikle onu yayan kaynağın hızına bağlı olmamasıdır.
Dünyamızda işler nasıl? Fırlatılan cisim ile fırlatıldığı cisim arasındaki hız farkı, atışın yapıldığı ivmeye bağlı olarak artabilir veya azalabilir. Bir örneğe bakalım: Dışarıdan bir gözlemci için hızı saatte 100 km olan bir araba kullanıyorsunuz ve gidiş yönüne bir taş atıyorsunuz (fırlatılan taşın hızını 10 km/s olarak alalım), yolun kenarında duran taş zaten - 110 km/s hızla uçuyor olacak Bu durumda, atış ve arabanın hızı toplanır. Ancak bu ışık hızı için geçerli değildir. Kaynak hangi yönde uçarsa uçsun, ışık aynı hızda yayılır, hızlanma veya yavaşlama olmaz. Paradoks burada yatıyor. En azından önceden öyle sanıyorlardı ama şimdi işler nasıl? Daha sonra...

Hangisi daha hızlı - ışık hızı mı yoksa ses hızı mı?

Bilim adamları, ışığın hızının sesten yaklaşık bir milyon kat daha hızlı olduğunu biliyorlar. Ancak sesin temposu değişebilir. Ortalama değeri 1450 m/s'dir. Sesin yayılma hızı, ortamın türüne, su veya hava olmasına, sıcaklığa ve hatta basınca bağlıdır. Bu miktarın tam değerinin olmadığı ortaya çıktı, bize tanıdık gelen ortamda sadece yaklaşık bir değer var - hava. Işık hızıyla ilgili olarak, gezegenin her yerinden ileri düzey bilim adamları tarafından bir dizi deney yürütülüyor.

Sesin havadaki hızı nedir

İlk kez 1636 yılında Fransız bilim adamı M. Mersenne sesin havadaki hızını belirlemeyi başardı. Sıcaklık çevre 20 ° C idi ve bu gösterge ile ses kilometre cinsinden 343 m / s değerinde uçtu - 1235 km / s. Sesin hareket hızı, yayıldığı ortamın sıcaklığına doğrudan bağlıdır: gazın sıcaklığı yükselirse, ses de sırasıyla daha hızlı hareket etmeye başlar, aksine, hava sıcaklığı ne kadar düşükse, o kadar yavaş olur. ses yayılır.

Örneğin, sıfır sıcaklıkta, ses zaten 331 m/s hızında iletilir. Sesin hızı da gazın türüne bağlıdır. Gazı oluşturan moleküllerin çapı ne kadar büyük olursa, ses o kadar yavaş yayılır. Örneğin, sıfır sıcaklıkta, hidrojende ses hızı 1284 m/s, helyumda - 965 m/s olacaktır. Göze çarpan fark.

Sesin boşluktaki hızı

Ses, özünde, yayılma sırasında moleküllerin titreşimidir. Sesin bir şekilde iletilebilmesi için titreşecek bir molekül ortamına ihtiyaç olduğu açıktır. Bir boşlukta madde yoktur, bu yüzden ses oraya gidemez. Ama sonuçlara göre son araştırma, sesin bir mikrondan daha az kalınlıktaki bir boşluk tabakasının üstesinden gelebileceği ortaya çıktı. Bu fenomene "fononların vakum tüneli" adı verildi, bununla ilgili bilgiler "Fiziksel İnceleme Mektupları" nın basılı baskısında yer alan iki makalede aynı anda ortaya çıktı. Kristal kafesin moleküllerinin titreşimlerinin sadece sesi değil, aynı zamanda Termal enerji Bu nedenle, ısı bir vakum yoluyla da aktarılabilir.

Sudaki ses hızı

Genellikle, su da dahil olmak üzere sıvılarda sesin hızı, gaz halindeki bir ortama göre daha fazladır. Sudaki bu tür hızlılığın ilk ölçümü, bilim adamları J. Colladon ve J. Sturm tarafından 1826'da yapıldı. Deney İsviçre'de, yani göllerden birinde gerçekleşti. Ölçümün gerçekleştirildiği eylemlerin sırası aşağıdaki gibidir:

1. Demirli olan teknede bir torba barutu ateşe verirler ve aynı zamanda su altı çanını çalarlar;
2. 14 kilometre uzaklıkta ikinci bir gözlem teknesi vardı, uzaktan görülebilen bir barut parlamasına ek olarak, bir su altı kornası aracılığıyla teknede bir zil sesi de yakalandı;
3. Sesin hızını hesaplamak, flaş ile ses dalgasının gelişi arasındaki zaman farkından mümkün oldu. Daha sonra suyun sıcaklığı 8 °C ve ses hızı 1440 m/s idi.

İki farklı ortam arasında bir ses dalgası ilginç bir şekilde davranır. Bir kısmı başka bir ortama girer, ikincisi basitçe yansıtılır. Ses bir sıvıya havadan girerse, bunun %99,9'u yansıtılır, ancak yine de suya geçen ses oranındaki basınç iki katına çıkar. Balıkların kullandığı şey budur. Suyun yakınında çığlık atar ve ses çıkarırsanız, derinliklerin kuyruklu sakinleri hızla cehenneme gider.

Ses yayılma hızı

Işık, ses ve elektromanyetik salınımlar bile farklı fiziksel ortamlarda hızlarını değiştirebilir. Son Araştırma Bu alanda, bir cismi ışıktan daha hızlı fırlatmanın teorik olasılığını kanıtladı. Gerçek şu ki, bazı gazlarda fotonların (ışığı oluşturan parçacıklar) hızı gözle görülür şekilde yavaşlar. Böyle bir fenomeni çıplak gözle görmenin imkansız olduğu açıktır, ancak fizik gibi kesin bir bilimde bu çok önemlidir. Böylece bilim adamları, ışığın bir gazdan geçmesi durumunda hızının o kadar azalacağını ve hızla fırlatılan bir cismin fotonlardan daha hızlı hareket edebileceğini kanıtladılar.

Farklı ortamlarda ses yayılımını tartışın

Mezuniyetten yıllar sonra bile havada gerçekte ne olduğu bilinmiyor. Birisi öğretmeni dikkatsizce dinledi ve biri sunulan materyali tam olarak anlamadı. Belki de bilgideki bu boşluğu doldurmanın zamanı gelmiştir. Bugün sadece "kuru" sayıları belirtmekle kalmayacak, sesin havadaki hızını belirleyen mekanizmayı da açıklayacağız.

Bildiğiniz gibi hava, çeşitli gazların birleşimidir. %78'den biraz fazlası nitrojen, yaklaşık %21'i oksijen, geri kalanı karbondioksittir ve bu nedenle gazlı bir ortamda ses yayılma hızından bahsedeceğiz.

Önce bir tanımlayalım, “Elbette birçok kişi duymuştur” demeyi. ses dalgaları veya "ses titreşimleri". Gerçekten de, örneğin, ses üreten bir sütunun difüzörü, insan işitme cihazı tarafından ses olarak sınıflandırılan belirli bir frekansta titreşir. Fizik yasalarından biri, gazlarda ve sıvılarda basıncın her yöne değişmeden yayıldığını belirtir. İdeal koşullar altında gazlardaki ses hızının aynı olduğu sonucu çıkar. Tabii ki, gerçekte, doğal zayıflaması gerçekleşir. Bu özelliği hatırlamanız gerekir, çünkü hızın neden değişebileceğini açıklayan budur. Ama biraz uzaklaşıyoruz Ana teması. Peki, ses titreşim ise, titreşen tam olarak nedir?

Herhangi bir gaz, belirli bir konfigürasyondaki atomların bir koleksiyonudur. Katılardan farklı olarak, içlerindeki atomlar arasında nispeten uzun mesafe(örneğin, metallerin kristal kafesi ile karşılaştırıldığında). Jöle benzeri bir kütleye sahip bir kaba dağıtılmış bezelye ile bir benzetme yapılabilir. Ses titreşimlerinin kaynağı, en yakın gaz atomlarına momentum kazandırır. Onlar da bilardo masasındaki toplar gibi komşulara "vururlar" ve süreç tekrarlanır. Sesin havadaki hızı, yalnızca temel neden dürtünün yoğunluğunu belirler. Ama bu sadece bir bileşen. Bir maddenin atomları ne kadar yoğunsa, içindeki ses yayılma hızı o kadar yüksek olur. Örneğin, sesin havadaki hızı, monolitik granitten neredeyse 10 kat daha azdır. Bunu anlamak çok kolaydır: bir gazdaki atomun komşu atoma “uçması” ve dürtü enerjisini ona aktarması için belirli bir mesafeyi aşması gerekir.

Sonuç: artan sıcaklıkla dalga yayılma hızı artar. Atomların kendi hızları daha yüksek olmasına rağmen, düzensiz hareket ederler ve daha sık çarpışırlar. Sıkıştırılmış bir gazın sesi çok daha hızlı ilettiği de doğrudur, ancak sıvılaştırılmış gaz hala şampiyondur.Gazlardaki ses hızının hesaplanmasında başlangıçtaki yoğunluk, sıkıştırılabilirlik, sıcaklık ve katsayı (gaz sabiti) hesaba katılır. Aslında, tüm bunlar yukarıdakilerden kaynaklanmaktadır.

Zaten sesin havadaki hızı nedir? Birçoğu zaten kesin bir cevap vermenin imkansız olduğunu tahmin etti. İşte bazı temel veriler:

Sıfır noktasında (deniz seviyesi) sıfırda, sesin hızı yaklaşık 331 m/s'dir;

Sıcaklığı -20 santigrat dereceye düşürerek, ses dalgalarını 319 m/s'ye "yavaşlatabilirsiniz", çünkü başlangıçta uzaydaki atomlar daha yavaş hareket eder;

500 dereceye çıkarmak, sesin yayılmasını neredeyse bir buçuk kat hızlandırır - 550 m / s'ye kadar.

Bununla birlikte, verilen veriler gösterge niteliğindedir, çünkü sıcaklığa ek olarak gazların sesi iletme yeteneği de basınçtan, alanın konfigürasyonundan (nesnelerin veya nesnelerin bulunduğu bir oda) etkilenir. açık alan), kendi hareketliliği vb.

Şu anda, atmosferin sesi iletme özelliği aktif olarak araştırılmaktadır. Örneğin, projelerden biri, yansıyan (yankı) kaydederek hava katmanlarının sıcaklığını belirlemenizi sağlar.

Ses ne kadar hızlı yayılır?

Sesin hızı, yayıldığı ortama bağlıdır. Örneğin ses havada 344 m/s hızla yayılır. Ancak havanın sıcaklığı, basıncı, nemi değişirse sesin hızı da değişir. Ses, su gibi sıvı bir ortamda yaklaşık 1500 m/s hızla yayılır. Ses daha da hızlı yayılır katılar: Sert plastiklerde 2500 m/s, çelikte 5000 m/s ve bazı cam türlerinde yaklaşık 6000 m/s.

Ses, ışık gibi nesnelerden yansıyabilir mi?

Işık dalgalarının aynadan yansıması gibi, ses dalgaları sert, pürüzsüz ve düz yüzeylerden (duvarlar, kapılar) yansır. Yankı (veya yansıma) ile orijinal sesin gönderilmesi arasında 0,1 sn'den fazla bir süre geçerse, bunları iki ayrı ses olarak duyarız, yansıyan sese yankı denir. Yansıyan yankının gelmesi ile sesin gönderilmesi arasındaki zaman farkı daha küçükse, bunlar karıştırılır. Bu, sesin genel süresini artırır. Bu fenomen yankılanma olarak bilinir.

Özel ses emici odalar, belirli bir dokuya sahip yumuşak malzemelerle içeriden tamamen kaplanmıştır. Duvarlar, tavanlar ve zeminler neredeyse tüm Ses enerjisi ve ses yansımaları ne yankı ne de yankılanma şeklindedir. Bu tür odalara sağır odalar denir: içlerindeki tüm sesler boğuktur.

Beyaz balinalar gibi avlanan balinalar, bir yarasa tarafından gönderilenlere benzer akustik tıklamalar yayar. Bu dürtüler, balinaya yakındaki nesneler hakkında bilgi veren bir yankı olarak yansıtılır.

hadi sesi ölçelim

Mach sayısına göre hız

Bazı uçaklar ses hızından daha hızlı uçabilir, Mach ölçeğinde M = 1 sayısına karşılık gelir. Uçan süpersonik bir uçak, sonik patlama olarak bilinen (uçak ses bariyerini aştığında) yüksek, derin bir güm diye yayılan bir sıkıştırma dalgası oluşturur. Darbe, bir B-2 bombardıman uçağı olan gizli bir uçağın varlığını ele verebilirdi, bu nedenle bu tür uçaklar genellikle M=1 sayısından biraz daha düşük bir hızda uçarlar.

B-2'nin seyir hızı yaklaşık 700 km/s'dir.

mak sayısı

Sesin hızı Mach ölçeğinde tanımlanabilir. Ölçü birimi, belirli koşullar altında uçak hızının ses hızına oranının karşılaştırmalı bir sayısı olarak temsil edilir. Mach numarası, Avusturyalı bilim adamı Ernst Mach'ın (1838-1916) adını almıştır.

20 derece sıcaklıktaki havadaki ses hızı ve deniz seviyesindeki standart hava basıncı yaklaşık olarak 1238 km/s'e karşılık gelmektedir. Bu nedenle, aynı hızla hareket eden bir nesnenin Mach sayılarında M = 1 hızı vardır.

Yerden çok yüksekte, sıcaklığın ve hava basıncının normalden düşük olduğu yerlerde ses hızı 1062 km/saattir. Bu nedenle, 1.5 olan bir Mach sayısı, 1593 km/saate karşılık gelir.

10 dB - saatin tiktakları gibi kulaklarımızın alabildiği en sessiz sesler

20 dB - fısıltı

40 dB - etraftaki insanların sakin konuşması

50 dB - Orta ses aralığında TV veya radyo

60 dB - oldukça gürültülü bir konuşma

70 dB - ev aletleri: elektrikli süpürge veya ev işlemcisi

80 dB - istasyondan geçen tren

100 dB - yol çalışmaları için çok gürültülü makine veya kırıcı

120 dB - jet uçağı kalkıyor

Desibel ölçeğinde, her 10 dB'lik kesinti, enerjide 10 kat artış anlamına gelir. Örneğin, 60 dB, 50 dB'den on kat daha güçlüdür.

Yayın tarihi 01/12/2013 06:12

Ses en önemli bileşenlerden biridir insan hayatı. Ses olgusunu açıklamak için önce sesin ne olduğunu anlamak gerekir. Çoğu ansiklopedi, sesin elastik bir ortamda yayılan ve içinde mekanik titreşimler yaratan elastik dalgalar olduğunu söyler. Bu kavramı basitleştirirsek, sesin herhangi bir ortamda işitilebilir titreşimler olduğu ortaya çıkar. Sesin temel özellikleri, ne tür bir ortam olduğuna bağlıdır. Sesin temel özelliği hızıdır, çünkü örneğin suda, ses hızı farklı bir ortamdaki hızından çarpıcı biçimde farklıdır.

Herhangi bir sesin belirli özellikleri veya fiziksel özellikleri ve ayrıca nitelikleri (bu özelliklerin insan duyumlarında gösterilmesi) vardır. Burada süre-süre, perde-frekans, tını-kompozisyon vb. faktörler kastedilmektedir.

Herkes suyun havadan çok daha yoğun olduğunu bilir. Havadan veya çelikten 800 kat daha yoğundur ve bu nedenle ses suda çok daha uzağa ve daha hızlı yayılır. Bütün bunlardan, ses yayılma hızının çevredeki ortamdan büyük ölçüde etkilendiği gerçeğini takip eder. İkna için gerçek sayılara bakın: sudaki ses hızı– 1430 m/sn ve sesin havadaki hızı- 331 m / s.

Geminin motorunun çalışması sonucu oluşan düşük frekanslı gürültü, geminin görüş alanında göründüğünden çok daha erken duyulur. Üzerinde sudaki ses hızı birkaç faktörden etkilenir. Suyun sıcaklığı arttıkça sesin hızı da artar. Aynı etki, suyun tuzluluk seviyesindeki artış ve artan derinlikle artan basıncı ile ortaya çıkar. Üzerinde sudaki ses hızı termo-kazlar (farklı sıcaklıklardaki su katmanlarının buluştuğu yerler) özel bir etkiye sahiptir.

Çünkü böyle yerlerde farklı sıcaklık, içlerindeki suyun yoğunluğu da aynı olamaz. Ve bu nedenle termal takozlardan geçen ses dalgaları güçlerinin çoğunu kaybeder. Ses dalgaları termoklin ile çarpıştığında kısmen veya tamamen yansır, bu da diğer tarafta bir gölge bölgesinin oluşmasına neden olur. Ses kaynağı termoklinin üzerindeyse, altında bir şey duymak neredeyse imkansız olacaktır.

Yüzeyde yapılan ses suda asla duyulmaz. Suda ses titreşimlerinin yayıldığı durumlarda da olur - yüzeyde duyulmazlar. Suyun üzerinde güçlü bir etkisi olduğu için işitmeleri büyük ölçüde azalır. kulak zarı ve sudaki ses dalgalarının hızı nedeniyle, bu sesin ilerlediği yönü belirleme yeteneği azalır.

Su altında ses, insan kulağına karada olduğu gibi kulak zarlarından değil, kafatasının kemiklerinden girer. Su altındaki sesin iki kulak tarafından aynı anda algılanmasının nedeni budur. İnsan beyni bu sesin kaynağını ve yoğunluğunu belirleyemez, bunun sonucunda bir kişi ses dalgalarının her taraftan ve aynı zamanda "yuvarlanma" hissine sahiptir, ancak durum kesinlikle böyle değildir.

Bugün, bir daireyi donatan birçok yeni yerleşimci, evlerinin ses yalıtımı da dahil olmak üzere ek işler yapmak zorunda kalıyor, çünkü. kullanılan standart malzemeler, kişinin kendi evinde olup bitenleri yalnızca kısmen gizlemesini ve komşuların iletişiminde iradesine karşı ilgi duymamasını mümkün kılıyor.

Üzerine katılar dalgaya karşı çıkan maddenin en azından yoğunluğunu ve esnekliğini etkiler. Bu nedenle, bina donatılırken, taşıyıcı duvara bitişik katman, yukarıdan ve aşağıdan "tur" ile ses geçirmez hale getirilir. Desibelleri bazen 10 kattan fazla düşürmenizi sağlar. Daha sonra bazalt paspaslar serilir ve üstüne sesi daireden dışarıya yansıtan alçıpan levhalar serilir. Bir ses dalgası böyle bir yapıya “uçtuğunda”, gözenekli ve yumuşak olan yalıtkan katmanlarda zayıflatılır. Ses güçlüyse, onu emen malzemeler ısınabilir.

Su, ahşap, metaller gibi elastik maddeler iyi iletir, bu nedenle harika bir "şarkı" duyarız. müzik Enstrümanları. Ve geçmişte bazı milletler, örneğin binicilerin kulağını yere koyarak, aynı zamanda oldukça esnek olan yaklaşımını belirledi.

Sesin km cinsinden hızı, yayıldığı ortamın özelliklerine bağlıdır. Özellikle proses baskısından etkilenebilir, kimyasal bileşim, sıcaklık, elastikiyet, yoğunluk ve diğer parametreler. Örneğin, bir çelik sacda, bir ses dalgası saniyede 5100 metre, camda - yaklaşık 5000 m / s, ahşap ve granit - yaklaşık 4000 m / s hızla hareket eder. Hızı saatte kilometreye dönüştürmek için 3600 (saatte saniye) ile çarpın ve 1000'e (kilometre başına metre) bölün.

Su ortamındaki sesin km cinsinden hızı, farklı tuzluluk derecesine sahip maddeler için farklıdır. İçin temiz su 10 santigrat derece sıcaklıkta, yaklaşık 1450 m/s'dir ve 20 santigrat derece sıcaklıkta ve aynı basınçta, zaten yaklaşık 1490 m/s'dir.

Tuzlu ortam, ses titreşimlerinin kasıtlı olarak daha yüksek bir geçiş hızı ile ayırt edilir.

Sesin havada yayılması da sıcaklığa bağlıdır. Bu parametrenin değeri 20'ye eşit olduğunda, ses dalgaları yaklaşık 340 m/s, yani yaklaşık 1200 km/s hızla hareket eder. Ve sıfır derecede, hız 332 m/s'ye düşer. Daire izolatörlerimize dönersek, mantar gibi dış gürültüyü azaltmak için sıklıkla kullanılan bir malzemede sesin km cinsinden hızının sadece 1800 km/h (saniyede 500 metre) olduğunu öğrenebiliriz. Bu, çelik parçalarda bu özellikten on kat daha düşüktür.

Ses dalgası, içinde yayıldığı ortamın boyuna titreşimidir. Örneğin, bir müzik parçasının melodisi bir tür engelden geçerken ses seviyesi düşer, çünkü. değişir Aynı zamanda, duyduğumuz için frekans aynı kalır kadın sesi kadınsı kadar erkeksi, erkeksi kadar erkeksi. En ilginci ise sesin km cinsinden hızının sıfıra yakın olduğu yerdir. Bu, bu tür dalgaların güçlükle yayıldığı bir boşluktur. Bunun nasıl çalıştığını göstermek için fizikçiler, sönük bir kaputun altına çalan bir çalar saat yerleştirir. Havanın seyrekleşmesi ne kadar büyük olursa, çağrı o kadar sessiz duyulur.