Što je brzina zvuka?



U Zemljinoj atmosferi brzina zvuka iznosi 343 metra u sekundi; ili jedan kilometar pri 2,91 po sekundi ili jedan kilometar pri 4,69 sekundi.

Brzina zvuka u idealnom plinu ovisi samo o temperaturi i sastavu. Brzina ima slabu ovisnost o frekvenciji i tlaku u običnom zraku, malo odstupajući od idealnog ponašanja.

Što je brzina zvuka?

Obično se brzina zvuka odnosi na brzinu kojom zvučni valovi prolaze kroz zrak. Međutim, brzina zvuka varira ovisno o tvari. Na primjer, zvuk putuje sporije u plinovima, brže putuje u tekućinama, a čak i brži u krutim tvarima.

Ako je brzina zvuka u zraku 343 metra u sekundi, to znači da putuje brzinom od 1.484 metara u sekundi u vodi i na oko 5.120 metara u sekundi u željezu. U iznimno čvrstom materijalu, kao što je npr. Dijamant, zvuk putuje na 12.000 metara u sekundi. To je najveća brzina kojom zvuk može putovati u normalnim uvjetima.

Zvučni valovi u krutim tvarima sastavljeni su od kompresijskih valova - kao u plinovima i tekućinama - i različitog tipa valova koji se nazivaju rotacijski valovi, prisutni samo u krutim tvarima. Rotacijski valovi u krutim tvarima obično putuju različitim brzinama.

Brzina kompresijskih valova u krutim tvarima određena je stlačivošću, gustoćom i poprečnim modulom elastičnosti medija. Brzinu rotacijskih valova određuje samo gustoća i modul poprečne elastičnosti modula.

U dinamičkoj tekućini, brzina zvuka u fluidnom mediju, bilo plinskom ili tekućem, koristi se kao relativna mjera za brzinu objekta koji se kreće kroz medij.

Odnos brzine objekta prema brzini svjetlosti u tekućini naziva se March broj objekta. Objekti koji se kreću brže od 1. ožujka nazivaju se objekti koji putuju nadzvučnim brzinama.

Osnovni pojmovi

Prijenos zvuka može se ilustrirati pomoću modela koji se sastoji od niza kugli međusobno povezanih žicama.

U stvarnom životu, lopte predstavljaju molekule, a niti predstavljaju veze između njih. Zvuk prolazi kroz model koji sabija i proširuje niti, prenoseći energiju na susjedne kuglice, koje zauzvrat prenose energiju na njihove niti i tako dalje..

Brzina zvuka kroz model ovisi o krutosti niti i masi kuglica.

Sve dok je prostor između kuglica konstantan, kruće niti brže prenose energiju, a kuglice s većom masom sporije prenose energiju. Efekti kao što su raspršenje i refleksija mogu se također razumjeti ovim modelom.

U svakom stvarnom materijalu krutost niti se naziva modul elastičnosti, a masa odgovara gustoći. Ako su sve ostale stvari jednake, zvuk će putovati sporije u spongy materijala i brže u tvrđim materijalima.

Na primjer, zvuk putuje 1,59 puta brže kroz nikal od bronce jer je krutost nikla veća pri istoj gustoći.

Slično tome, zvuk putuje 1.41 puta brže u laganom vodikovom plinu (protion) nego u teškom vodikovom plinu (deuteriju), budući da teški plin ima slična svojstva, ali ima dvostruku gustoću.

U isto vrijeme, zvuk "kompresijskog tipa" će brže putovati u krutim tvarima nego tekućina i brže putovati u tekućinama nego u plinovima.

Ovaj učinak je posljedica činjenice da krute tvari imaju veće poteškoće u komprimiranju od tekućina, dok su tekućine, s druge strane, teže komprimirati od plinova..

Kompresijski valovi i rotacijski valovi

U plinu ili tekućini zvuk se sastoji od valova kompresije. U krutim tvarima, valovi se šire kroz dva različita tipa valova. Uzdužni val povezan je s kompresijom i dekompresijom u smjeru kretanja; to je isti proces u plinovima i tekućinama, s analognim valom kompresije u krutim tvarima.

U plinovima i tekućinama postoje samo kompresijski valovi. Dodatni tip vala, nazvan transverzalni val ili rotacijski val, pojavljuje se samo u krutim tvarima jer samo krute tvari mogu izdržati elastične deformacije.

To je zato što je elastična deformacija medija okomita na smjer kretanja vala. Smjer deformirane rotacije naziva se polarizacija ovog tipa vala. Općenito, poprečni valovi nastaju kao par ortogonalnih polarizacija.

Ove različite vrste valova mogu imati različite brzine na istoj frekvenciji. Stoga mogu doći do promatrača u različito vrijeme. Primjer takve situacije jesu potresi, gdje prvi valovi kompresije stižu prvi, a oscilirajuće poprečne valove stižu sekunde kasnije.

Brzina kompresije valova u fluidu određena je stlačivošću i gustoćom medija.

U krutim tvarima su valovi kompresije analogni onima u tekućinama, ovisno o stlačivosti, gustoći i dodatnim faktorima poprečnog modula elastičnosti..

Brzina rotacijskih valova, koji se javljaju samo u krutim tvarima, određena je samo modulom poprečne elastičnosti i gustoćom modula.

reference

  1. Brzina zvuka u različitim masovnim medijima. Hiper fizika Preuzeto s hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
  2. Brzina zvuka. Preuzeto s mathpages.com.
  3. Glavni priručnik za akustiku. (2001). New York, Sjedinjene Američke Države. McGraw-Hill. Preuzeto s wikipedia.com.
  4. Brzina zvuka u vodi pri temperaturama. Inženjerski okvir. Preuzeto s engineeringtoolbox.com.
  5. Brzina zvuka u zraku. Fizika glazbenih nota. Preuzeto iz phy.mtu.edu.
  6. Atmosferski efekti na brzinu zvuka. (1979). Tehničko izvješće Tehničkog informacijskog centra obrane. Preuzeto s wikipedia.com.