Rychlost zvuku ve vzduchu

Pro mnoho, dokonce i po absolvování studia, zůstává neznámé, jaká je rychlost zvuku ve vzduchu. Někdo poslušně poslouchal učitele a někdo jednoduše zcela nerozuměl předloženému materiálu. No, možná je čas naplnit tuto mezera v poznání. Dnes neznamenáme jen "suché" postavy, ale vysvětlíme samotný mechanismus, který určuje rychlost zvuku ve vzduchu.

Jak víte, vzduch je sbírka různých plynů. O něco více než 78% tvoří dusík, téměř 21% je kyslík, zbytek je oxid uhličitý a inertních plynů. V důsledku toho hovoříme o rychlosti šíření zvuku v plynném médiu.

Za prvé, pojďme definovat, že takový zvuk. Určitě mnozí lidé slyšeli slovo "zvukové vlny" nebo "zvukové vibrace". Například difuzor zvukové reprodukční kolony osciluje s určitou frekvencí, která je klasifikována jako zvuk lidským sluchadlem. Jeden ze zákonů fyziky říká, že tlak v plynech a kapalinách se šíří bez změny ve všech směrech. Z toho vyplývá, že za ideálních podmínek je rychlost plynu v plyne rovnoměrná. Samozřejmě, ve skutečnosti dochází k jeho přirozenému útlumu. Tuto funkci musíte pamatovat, protože vysvětluje, proč se rychlost může změnit. Ale my jsme trochu rozptýleni od hlavního tématu. Takže pokud je zvuk oscilací, pak co přesně vibruje?

Každý plyn je množina atomů určité konfigurace. Na rozdíl od pevných látek je mezi atomy v nich poměrně velká vzdálenost (ve srovnání například s krystalovou mřížkou kovů). Je možné analogicky s hráškem rozloženým na nádobě s želé podobnou hmotou. Zdroj zvuku kmity přenášejí puls pohybu na nejbližší atomy plynu. Na druhou stranu, jako kuličky na kulečníkovém stolu, "udeří" na sousední a proces se opakuje. Rychlost zvuku ve vzduchu určuje intenzitu pulzu primární příčiny. Ale to je jen jedna součást. Čím hustší jsou atomy hmoty, tím vyšší je rychlost šíření zvuku. Například rychlost zvuku ve vzduchu je téměř desetkrát nižší než u monolitické žuly. To je velmi snadné pochopit: pro atom v plynu, který "létá" do sousedního a přenáší energii, musí překonat určitou vzdálenost.

Důsledky: s rostoucí teplotou se zvyšuje rychlost šíření vln. Přes tepelná expanze, přirozená rychlost atomů je vyšší, chaoticky se pohybují a sbírají se častěji. Je také pravda, že stlačený plyn vede zvuk mnohem rychleji, ale šampión je ještě zkapalněn agregátní stav. Při výpočtu rychlosti zvuku v plynech se berou v úvahu počáteční hustota, stlačitelnost, teplota a koeficient (plynová konstanta). Ve skutečnosti to vše vyplývá z výše uvedeného.

Koneckonců, jaká je rychlost zvuku ve vzduchu? Mnozí již uhodli, že není možné jednoznačně odpovědět. Uvádíme pouze některé základní údaje:

- na nulu stupňů Celsia při nulovém bodu (hladina moře) je rychlost zvuku asi 331 m / s;

- Snížením teploty na -20 ° C můžete "zpomalit" zvukové vlny na 319 m / s, protože zpočátku se atomy ve vesmíru pohybují pomaleji;

- zvýšení na 500 stupňů zrychluje šíření zvuku o téměř jeden a půlkrát - až na 550 m / s.

Uvedené údaje jsou však přibližné, neboť kromě teploty se ovlivňuje i tlak plynu, konfigurace prostoru (místnost s objekty nebo otevřenou plochou), vlastní mobilita atd.

V současné době je aktivně zkoumána vlastnost atmosféry pro zvuk. Například jeden z projektů umožňuje registraci odráženého zvukový signál (echo) pro určení teploty vzduchových vrstev.