ความเร็วของเสียง ความเร็วของการแพร่กระจายเสียงในอากาศ การหาความเร็วของเสียงในอากาศโดยวิธีคลื่นนิ่ง

ความเร็วของเสียง- ความเร็วของการแพร่กระจายของคลื่นยืดหยุ่นในตัวกลาง: ทั้งตามยาว (ในก๊าซ, ของเหลว หรือของแข็ง) และตามขวาง, แรงเฉือน (ในของแข็ง) มันถูกกำหนดโดยความยืดหยุ่นและความหนาแน่นของตัวกลาง: ตามกฎแล้วความเร็วของเสียงในก๊าซจะน้อยกว่าในของเหลวและในของเหลวจะน้อยกว่าในของแข็ง นอกจากนี้ในก๊าซ ความเร็วของเสียงยังขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของสสารที่กำหนดในผลึกเดี่ยว - ขึ้นอยู่กับทิศทางของการแพร่กระจายคลื่น โดยปกติจะไม่ขึ้นอยู่กับความถี่ของคลื่นและความกว้างของคลื่น ในกรณีที่ความเร็วของเสียงขึ้นอยู่กับความถี่ เราจะพูดถึงการกระจายตัวของเสียง

YouTube สารานุกรม

• 1 / 5

  ในนักเขียนโบราณมีข้อบ่งชี้ว่าเสียงเกิดจากการเคลื่อนไหวของร่างกาย (ปโตเลมี, ยุคลิด) อริสโตเติลตั้งข้อสังเกตว่าความเร็วของเสียงมีค่าจำกัด และจินตนาการถึงธรรมชาติของเสียงได้อย่างถูกต้อง ความพยายามทดลองกำหนดความเร็วของเสียงย้อนกลับไปในช่วงครึ่งแรกของศตวรรษที่ 17 F. Bacon ใน New Organon ชี้ให้เห็นความเป็นไปได้ในการกำหนดความเร็วของเสียงโดยการเปรียบเทียบช่วงเวลาระหว่างแสงแฟลชและเสียงกระสุนปืน เมื่อใช้วิธีนี้นักวิจัยหลายคน (M. Mersenne, P. Gassendi, W. Derham กลุ่มนักวิทยาศาสตร์จาก Paris Academy of Sciences - D. Cassini, J. Picard, Huygens, Roemer) กำหนดค่าของความเร็วของเสียง (ขึ้นอยู่กับสภาวะการทดลอง 350- 390 ม./วินาที) ตามทฤษฎีแล้ว I. Newton พิจารณาคำถามเรื่องความเร็วของเสียงเป็นครั้งแรกใน "หลักการ" ของเขา นิวตันสันนิษฐานว่าการแพร่กระจายของเสียงนั้นมีอุณหภูมิคงที่ ดังนั้นจึงถูกประเมินต่ำไป ลาปลาซได้ค่าทางทฤษฎีที่ถูกต้องสำหรับความเร็วของเสียง

  การคำนวณความเร็วของของเหลวและก๊าซ

  ความเร็วของเสียงในของเหลว (หรือก๊าซ) ที่เป็นเนื้อเดียวกันคำนวณโดยสูตร:

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

  ในอนุพันธ์บางส่วน:

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

  ที่ไหน β (\displaystyle \beta )- ความสามารถในการอัดอะเดียแบติกของตัวกลาง ρ (\displaystyle \rho )- ความหนาแน่น; C p (\displaystyle C_(p))- ความจุความร้อนไอโซบาริก C v (\displaystyle C_(v))- ความจุความร้อนไอโซคอริก p (\displaystyle p), โวลต์ (\displaystyle โวลต์), T (\displaystyle T)- ความดัน ปริมาตรจำเพาะ และอุณหภูมิของตัวกลาง s (\displaystyle s)- เอนโทรปีของตัวกลาง

  สำหรับสารละลายและระบบทางกายภาพและเคมีที่ซับซ้อนอื่นๆ (เช่น ก๊าซธรรมชาติ น้ำมัน) การแสดงออกเหล่านี้อาจทำให้เกิดข้อผิดพลาดที่ใหญ่มากได้

  ของแข็ง

  เมื่อมีอินเทอร์เฟซ พลังงานยืดหยุ่นสามารถถ่ายโอนผ่านคลื่นพื้นผิวได้ ประเภทต่างๆซึ่งมีความเร็วแตกต่างจากความเร็วตามยาวและ คลื่นตามขวาง- พลังงานของการแกว่งเหล่านี้อาจมากกว่าพลังงานของคลื่นร่างกายหลายเท่า

  ผู้สังเกตการณ์ใช้นาฬิกาเพื่อสังเกตเวลาที่ผ่านไประหว่างการปรากฏตัวของแฟลชและช่วงเวลาที่ได้ยินเสียง เวลาที่ต้องใช้แสงในการเดินทางระยะทางนี้ถูกละเลย เพื่อกำจัดอิทธิพลของลมให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ จึงมีปืนใหญ่และผู้สังเกตการณ์อยู่แต่ละด้าน และปืนใหญ่แต่ละกระบอกก็ยิงในเวลาเดียวกันโดยประมาณ

  มีการใช้ค่าเฉลี่ยของการวัดสองครั้งและอิงตามค่านั้น ปรากฎว่ามีค่าประมาณเท่ากับ 340 ms -1 ข้อเสียใหญ่วิธีการวัดแบบนี้คือปืนไม่ได้อยู่ในมือเสมอไป!

  ผู้เข้าสอบหลายคนอธิบายวิธีการที่คล้ายกัน นักเรียนคนหนึ่งยืนอยู่ข้างหนึ่ง สนามฟุตบอลด้วยปืนพกสตาร์ท และอีกข้างหนึ่งมีนาฬิกาจับเวลา วัดระยะห่างระหว่างพวกเขาอย่างระมัดระวังด้วยเทปวัด นักเรียนเริ่มจับเวลาเมื่อเห็นควันออกมาจากถังและหยุดเมื่อได้ยินเสียง เช่นเดียวกันเมื่อพวกเขาเปลี่ยนสถานที่เพื่อชดเชยผลกระทบของลม จากนั้นจึงกำหนดเวลาเฉลี่ย

  เนื่องจากเสียงเดินทางที่ 340 ms -1 นาฬิกาจับเวลาจึงอาจไม่แม่นยำเพียงพอ ควรใช้หน่วยเป็นเซนติเมตรหรือมิลลิวินาที

  การวัดความเร็วเสียงโดยใช้เสียงก้อง

  เมื่อมีเสียงดังแหลมสั้นๆ เช่น เสียงตบมือ แรงกระตุ้นของคลื่นสามารถสะท้อนด้วยสิ่งกีดขวางขนาดใหญ่ เช่น กำแพง และผู้สังเกตการณ์จะได้ยิน แรงกระตุ้นที่สะท้อนนี้เรียกว่าเสียงสะท้อน สมมติว่ามีคนยืนอยู่ที่ระยะ 50 ม. จากกำแพงและปรบมือหนึ่งครั้ง เมื่อได้ยินเสียงก้อง เสียงได้เดินทางไปแล้ว 100 เมตร การวัดช่วงเวลานี้ด้วยนาฬิกาจับเวลาจะไม่แม่นยำมากนัก อย่างไรก็ตาม หากคนที่สองถือนาฬิกาจับเวลาและคนแรกปรบมือ แสดงว่าถึงเวลาแล้ว จำนวนมากเสียงสะท้อนสามารถได้รับอย่างแม่นยำพอสมควร

  สมมติว่าระยะทางที่ผู้ตบมืออยู่หน้ากำแพงคือ 50 เมตร และช่วงเวลาระหว่างการตบมือครั้งแรกถึงหนึ่งร้อยและครั้งแรกคือ 30 วินาที ดังนั้น:

  ความเร็วของเสียง= ระยะทางที่เดินทาง / เวลาของการตบมือหนึ่งครั้ง = 100m: 30 / 100 s = 333 ms -1

  การวัดความเร็วของเสียงโดยใช้ออสซิลโลสโคป

  วิธีที่ซับซ้อนกว่าในการวัดความเร็วของเสียงโดยตรงคือการใช้ออสซิลโลสโคป ลำโพงจะส่งเสียงพัลส์เป็นระยะๆ และจะถูกบันทึกโดยออสซิลโลสโคปรังสีแคโทด (ดูรูป) เมื่อไมโครโฟนได้รับพัลส์ ออสซิลโลสโคปจะบันทึกชีพจรด้วย หากทราบลักษณะการกำหนดเวลาของออสซิลโลสโคป จะสามารถหาช่วงเวลาระหว่างสองพัลส์ได้

  วัดระยะห่างระหว่างลำโพงและไมโครโฟน ความเร็วของเสียงหาได้จากสูตรความเร็ว = ระยะทาง / เวลา

  ความเร็วของเสียงในสื่อต่างๆ

  ความเร็วของเสียงในของแข็งมากกว่าในของเหลว และในของเหลวสูงกว่าในก๊าซ การทดลองในอดีตในทะเลสาบเจนีวาแสดงให้เห็นว่าความเร็วของเสียงในน้ำสูงกว่าในอากาศอย่างมาก ใน น้ำจืดความเร็วของเสียงคือ 1410 ms -1, in น้ำทะเล- 1540 มิลลิวินาที -1 . ในเหล็ก ความเร็วของเสียงอยู่ที่ประมาณ 5,000 ms-1

  ด้วยการส่งสัญญาณเสียงและสังเกตช่วงเวลาก่อนที่สัญญาณสะท้อน (เอคโค่) จะมาถึง จึงสามารถระบุความลึกของทะเลและตำแหน่งของฝูงปลาได้ ในช่วงสงคราม มีการใช้เครื่องส่งเสียงความถี่สูงเพื่อตรวจจับทุ่นระเบิด ค้างคาวที่กำลังบินใช้เสียงสะท้อนในรูปแบบพิเศษเพื่อตรวจจับสิ่งกีดขวาง ค้างคาวส่งเสียงความถี่สูงที่สะท้อนจากวัตถุที่ขวางทาง เมาส์ได้ยินเสียงสะท้อน ค้นหาวัตถุ และหลีกเลี่ยงมัน

  ความเร็วของเสียงในอากาศขึ้นอยู่กับสภาพบรรยากาศ ความเร็วของเสียงเป็นสัดส่วน รากที่สองจากผลหารของความดันหารด้วยความหนาแน่น การเปลี่ยนแปลงความดันไม่ส่งผลต่อความเร็วเสียงในอากาศ เนื่องจากความดันที่เพิ่มขึ้นส่งผลให้ความหนาแน่นเพิ่มขึ้นตามลำดับ และอัตราส่วนของความดันต่อความหนาแน่นยังคงที่

  ความเร็วของเสียงในอากาศ (เช่นเดียวกับก๊าซใดๆ) จะได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ กฎสำหรับก๊าซระบุว่าอัตราส่วนของความดันต่อความหนาแน่นเป็นสัดส่วนกับ ดังนั้น ความเร็วของเสียงจึงเป็นสัดส่วนกับ √T การทำลายกำแพงเสียงที่ระดับความสูงที่สูงขึ้นนั้นง่ายกว่าเพราะอุณหภูมิที่นั่นต่ำกว่า

  ความเร็วของเสียงได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงของความชื้น ความหนาแน่นของไอน้ำน้อยกว่าความหนาแน่นของอากาศแห้งที่ความดันเท่ากัน ในเวลากลางคืน เมื่อความชื้นเพิ่มขึ้น เสียงจะเดินทางเร็วขึ้น ได้ยินเสียงชัดเจนยิ่งขึ้นในคืนที่เงียบสงบและมีหมอกหนา

  ส่วนหนึ่งเป็นเพราะความชื้นที่เพิ่มขึ้น และส่วนหนึ่งเป็นเพราะในสภาวะเหล่านี้มักจะเกิดการผกผันของอุณหภูมิ ซึ่งเสียงจะหักเหในลักษณะที่ไม่กระจายไป

  ความเร็วของเสียง ความเร็วของเสียง

  ความเร็วการแพร่กระจายของคลื่นเสียงในตัวกลาง ในก๊าซ ความเร็วของเสียงจะน้อยกว่าในของเหลว และในของเหลวจะน้อยกว่าในของแข็ง (และสำหรับคลื่นเฉือนจะน้อยกว่าคลื่นตามยาวเสมอ) ความเร็วของเสียงในก๊าซและไอระเหยอยู่ระหว่าง 150 ถึง 1,000 เมตรต่อวินาที ในของเหลวตั้งแต่ 750 ถึง 2,000 เมตรต่อวินาที ในของแข็งตั้งแต่ 2,000 ถึง 6,000 เมตรต่อวินาที ในอากาศ ณ สภาวะปกติความเร็วของเสียงคือ 330 m/s ในน้ำ - 1,500 m/s

  ความเร็วของเสียง

  ความเร็วของเสียง ความเร็วของการแพร่กระจายของคลื่นเสียงในตัวกลาง ในก๊าซ ความเร็วของเสียงจะน้อยกว่าในของเหลว และในของเหลวจะน้อยกว่าในของแข็ง (และสำหรับคลื่นเฉือน ความเร็วจะน้อยกว่าความเร็วตามยาวเสมอ) ความเร็วของเสียงในก๊าซและไอระเหยอยู่ระหว่าง 150 ถึง 1,000 เมตรต่อวินาที ในของเหลวตั้งแต่ 750 ถึง 2,000 เมตรต่อวินาที ในของแข็งตั้งแต่ 2,000 ถึง 6,000 เมตรต่อวินาที ในอากาศภายใต้สภาวะปกติ ความเร็วของเสียงคือ 330 m/s ในน้ำ - 1,500 m/s

  
  

  พจนานุกรมสารานุกรม. 2009 .

  ดูว่า "ความเร็วของเสียง" ในพจนานุกรมอื่นคืออะไร:

  ในก๊าซ (0 °C; 101325 Pa), m/s ไนโตรเจน 334 แอมโมเนีย 415 อะเซทิลีน 327 ไฮโดรเจน 1284 อากาศ 331 ฮีเลียม 965 ออกซิเจน 316 ... Wikipedia

  ความเร็วของการเคลื่อนที่ของคลื่นยืดหยุ่นในตัวกลาง โดยที่รูปร่างของโปรไฟล์ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง เรียกว่าความเร็วของคลื่นฮาร์มอนิก ความเร็วเฟสของเสียงด้วย โดยปกติแล้ว S.z. ค่าคงที่สำหรับค่าที่กำหนด ณ เงื่อนไขภายนอกที่กำหนด เงื่อนไขและไม่... สารานุกรมกายภาพ

  ความเร็วของการแพร่กระจายของเฟสคงที่ใดๆ คลื่นเสียง- เรียกอีกอย่างว่าความเร็วเฟส ซึ่งตรงข้ามกับความเร็วของกลุ่ม (ดูความเร็วของกลุ่ม) ส.ซ. มักจะเป็นค่าคงที่ของสารที่กำหนดสำหรับที่กำหนด... ... สารานุกรมผู้ยิ่งใหญ่แห่งสหภาพโซเวียต

  ความเร็วการแพร่กระจายของคลื่นเสียงในตัวกลาง ในก๊าซ ความเร็วของเสียงจะน้อยกว่าในของเหลว และในของเหลวจะน้อยกว่าในของแข็ง (และสำหรับคลื่นเฉือน ความเร็วจะน้อยกว่าความเร็วตามยาวเสมอ) ความเร็วเสียงในก๊าซและไอระเหยจาก... ... พจนานุกรมสารานุกรมขนาดใหญ่

  ความเร็วของเสียง- ความเร็วการแพร่กระจายของคลื่นอะคูสติก 1. ความเร็วการแพร่กระจายของคลื่นยืดหยุ่นในตัวกลาง หน่วย m/s 2. ความเร็วเฟสหรือกลุ่มของคลื่นเสียงในวัสดุที่ไม่กระจายตัวสำหรับทิศทางการแพร่กระจายที่กำหนด -