Hitrost zvoka. Hitrost širjenja zvoka v zraku. Določanje hitrosti zvoka v zraku z metodo stoječih valov

Hitrost zvoka- hitrost širjenja elastičnih valov v mediju: tako vzdolžno (v plinih, tekočinah ali trdnih snoveh) kot prečno, strižno (v trdnih snoveh). Določena je z elastičnostjo in gostoto medija: praviloma je hitrost zvoka v plinih manjša kot v tekočinah, v tekočinah pa manjša kot v trdnih snoveh. Tudi v plinih je hitrost zvoka odvisna od temperature dane snovi, v monokristalih - od smeri širjenja valov. Običajno ni odvisna od frekvence vala in njegove amplitude; v primerih, ko je hitrost zvoka odvisna od frekvence, govorimo o disperziji zvoka.

Enciklopedični YouTube

• 1 / 5

  Že med antičnimi avtorji je navedba, da je zvok posledica nihajnega gibanja telesa (Ptolemej, Evklid). Aristotel ugotavlja, da ima hitrost zvoka končno velikost, in si pravilno predstavlja naravo zvoka. Poskusi eksperimentalnega določanja hitrosti zvoka segajo v prvo polovico 17. stoletja. F. Bacon je v "New Organon" opozoril na možnost določanja hitrosti zvoka s primerjavo časovnih intervalov med bliskom svetlobe in zvokom strela. S to metodo so različni raziskovalci (M. Mersenne, P. Gassendi, W. Derham, skupina znanstvenikov Pariške akademije znanosti - D. Cassini, J. Picard, Huygens, Römer) določali vrednost hitrosti zvoka. (odvisno od eksperimentalnih pogojev 350-390 m/s). Teoretično je vprašanje hitrosti zvoka prvi obravnaval I. Newton v svojih "Načelih". Newton je dejansko domneval izotermično širjenje zvoka, zato je bil podcenjen. Pravilno teoretično vrednost za hitrost zvoka je dobil Laplace.

  Izračun hitrosti v tekočini in plinu

  Hitrost zvoka v homogeni tekočini (ali plinu) se izračuna po formuli:

  c = 1 β ρ (\displaystyle c=(\sqrt (\frac (1)(\beta \rho))))

  V delnih izpeljankah:

  c = − v 2 (∂ p ∂ v) s = − v 2 C p C v (∂ p ∂ v) T (\displaystyle c=(\sqrt (-v^(2)\left((\frac (\) delni p)(\delni v))\desno)_(s)))=(\sqrt (-v^(2)(\frac (C_(p))(C_(v)))\left((\ frac (\delni p)(\delni v))\desno)_(T))))

  kje β (\displaystyle \beta)- adiabatska stisljivost medija; ρ (\displaystyle \rho)- gostota; C p (\displaystyle C_(p))- izobarična toplotna zmogljivost; C v (\displaystyle C_(v))- izohorična toplotna zmogljivost; p (\displaystyle p), v (\displaystyle v), T (\displaystyle T)- tlak, specifična prostornina in temperatura medija; s (\displaystyle s)- entropija okolja.

  Za raztopine in druge kompleksne fizikalne in kemijske sisteme (na primer zemeljski plin, nafta) lahko ti izrazi dajejo zelo veliko napako.

  Trdne snovi

  Ob prisotnosti vmesnikov se lahko elastična energija prenaša prek površinskih valov različnih vrst, katerih hitrost se razlikuje od hitrosti vzdolžnih in prečnih valov. Energija teh nihanj je lahko večkrat večja od energije velikih valov.

  Stražar je zabeležil čas, ki je pretekel med pojavom bliskavice in trenutkom, ko je bil slišan zvok. Čas, ki ga je svetloba potrebovala, da je prepotovala to razdaljo, je bil zanemarjen. Da bi v največji meri odpravili vpliv vetra, sta bila na vsaki strani top in opazovalec, vsak top pa je streljal približno ob istem času.

  Izvzeta je bila povprečna vrednost dveh meritev časa in na njeni podlagi . Izkazalo se je, da je približno enako 340 ms -1. Velika pomanjkljivost te metode merjenja je bila, da pištola ni bila vedno pri roki!

  Mnogi preiskovanci opisujejo podobno metodo. En učenec stoji na eni strani nogometnega igrišča s štartno pištolo, drugi učenec pa s štoparico na drugi strani igrišča. Razdalja med njimi se natančno izmeri z merilnim trakom. Učenec zažene štoparico, ko vidi, da iz soda izhaja dim, in jo ustavi, ko zasliši zvok. Enako se naredi, ko zamenjajo mesta, da nadomestijo učinek vetra. Nato se določi povprečni čas.

  Ker zvok potuje s hitrostjo 340 ms -1 , štoparica najverjetneje ne bo dovolj natančna. Zaželeno je delovati v centisekundah ali milisekundah.

  Merjenje hitrosti zvoka z odmevom

  Ko se proizvede kratek, oster zvok, kot je pok, se valovni impulz lahko odbije od velike ovire, kot je stena, in ga opazovalec sliši. Ta odbit impulz se imenuje odmev. Predstavljajte si, da človek stoji 50 metrov od stene in pridela en bombaž. Ko se zasliši odmev, je zvok prepotoval 100 m. Merjenje tega intervala s štoparico ne bo dovolj natančno. Če pa druga oseba drži štoparico in prva ploska, je čas za veliko število odmevov mogoče določiti z zadostno natančnostjo.

  Recimo, da je razdalja, na kateri je ploskalec pred steno, 50 m, časovni interval med prvim in sto prvim ploskanjem pa 30 sekund, potem:

  hitrost zvoka= prevožena razdalja / čas enega udarca = 100 m: 30 / 100 s = 333 ms -1

  Merjenje hitrosti zvoka z osciloskopom

  Bolj zapleten način za neposredno merjenje hitrosti zvoka je uporaba osciloskopa. Zvočnik oddaja impulze v rednih intervalih, ki jih beleži katodni osciloskop (glej sliko). Ko mikrofon sprejme impulz, ga zajame tudi osciloskop. Če so časovne značilnosti osciloskopa znane, je mogoče najti časovni interval med dvema impulzoma.

  Izmeri se razdalja med zvočnikom in mikrofonom. Hitrost zvoka je mogoče najti iz formule hitrost = razdalja/čas.

  Hitrost zvoka v različnih okoljih

  Hitrost zvoka je hitrejša v trdnih snoveh kot v tekočinah in hitrejša v tekočinah kot v plinih. Pretekli poskusi na Ženevskem jezeru so pokazali, da je hitrost zvoka v vodi veliko večja kot v zraku. V sladki vodi je hitrost zvoka 1410 ms -1, v morski vodi - 1540 ms -1. V železu je hitrost zvoka približno 5000 ms -1.

  S pošiljanjem zvočnih signalov in beleženjem časovnega intervala pred prihodom odbitega signala (odmeva) je mogoče določiti globino morja in lokacijo ribjih jat. Med vojno so za odkrivanje min uporabljali visokofrekvenčne sonde. Netopirji med letom uporabljajo posebno obliko odmeva za zaznavanje ovir. Netopir oddaja visokofrekvenčni zvok, ki se odbija od predmeta na svoji poti. Miška sliši odmev, poišče predmet in se mu izogne.

  Hitrost zvoka v zraku je odvisna od atmosferskih razmer. Hitrost zvoka je sorazmerna kvadratnemu korenu tlaka, deljenemu z gostoto. Spremembe tlaka ne vplivajo na hitrost zvoka v zraku. To je zato, ker povečanje tlaka povzroči ustrezno povečanje gostote in razmerje med tlakom in gostoto ostane konstantno.

  Na hitrost zvoka v zraku (kot pri vsakem plinu) vplivajo spremembe temperature. Zakoni za pline kažejo, da je razmerje med tlakom in gostoto sorazmerno z . Torej je hitrost zvoka sorazmerna z √T. Zvočno pregrado je lažje prebiti na višjih nadmorskih višinah, ker je tam nižja temperatura.

  Na hitrost zvoka vplivajo spremembe vlažnosti. Gostota vodne pare je manjša od gostote suhega zraka pri enakem tlaku. Ponoči, ko se vlažnost dvigne, zvok potuje hitreje. V tihi megleni noči se zvoki slišijo jasneje.

  Delno je to posledica visoke vlažnosti, deloma pa tudi dejstva, da v teh pogojih običajno pride do temperaturne inverzije, pri kateri se zvoki lomijo tako, da se ne razpršijo.

  Hitrost zvoka hitrost zvoka

  hitrost širjenja zvočnih valov v mediju. V plinih je hitrost zvoka manjša kot v tekočinah, v tekočinah pa manjša kot v trdnih snoveh (poleg tega je pri strižnih valovih vedno manjša kot pri vzdolžnih). Hitrost zvoka v plinih in parah je od 150 do 1000 m/s, v tekočinah od 750 do 2000 m/s, v trdnih snoveh od 2000 do 6000 m/s. V zraku v normalnih pogojih je hitrost zvoka 330 m / s, v vodi - 1500 m / s.

  HITROST ZVOKA

  HITROST ZVOKA, hitrost širjenja zvočnih valov v mediju. V plinih je hitrost zvoka manjša kot v tekočinah, v tekočinah pa manjša kot v trdnih snoveh (poleg tega je pri strižnih valovih hitrost vedno manjša kot pri vzdolžnih). Hitrost zvoka v plinih in parah je od 150 do 1000 m/s, v tekočinah od 750 do 2000 m/s, v trdnih snoveh od 2000 do 6000 m/s. V zraku v normalnih pogojih je hitrost zvoka 330 m / s, v vodi - 1500 m / s.

  
  

  enciklopedični slovar. 2009 .

  Poglejte, kaj je "hitrost zvoka" v drugih slovarjih:

  V plinih (0 ° C; 101325 Pa), m/s Dušik 334 Amoniak 415 Acetilen 327 Vodik 1284 Zrak 331 Helij 965 Kisik 316 ... Wikipedia

  Hitrost gibanja v mediju elastičnega vala, pod pogojem, da oblika njegovega profila ostane nespremenjena. Hitrost harmonskega valovanja se imenuje. tudi fazna hitrost zvoka. Običajno S. h. vrednost je konstantna za dano v va za dano zn. pogoji in ne ...... Fizična enciklopedija

  Hitrost širjenja katere koli fiksne faze zvočnega vala; imenujemo tudi fazna hitrost, v nasprotju s skupinsko hitrostjo (glej skupinsko hitrost). S. h. običajno je vrednost konstantna za dano snov ob danem ... ... Velika sovjetska enciklopedija

  Hitrost širjenja zvočnih valov v mediju. V plinih je hitrost zvoka manjša kot v tekočinah, v tekočinah pa manjša kot v trdnih snoveh (poleg tega je pri strižnih valovih hitrost vedno manjša kot pri vzdolžnih). hitrost zvoka v plinih in parah iz ... ... Veliki enciklopedični slovar

  hitrost zvoka- hitrost širjenja akustičnih valov 1. Hitrost širjenja elastičnega valovanja v mediju. Enota m/s 2. Fazna ali skupinska hitrost akustičnega vala v nedisperzivnem materialu za dano smer širjenja. )