Звуковые волны. От чего зависит скорость звука

Физика
От чего зависит скорость звука - Особенности звука Свойства звука Сила звука Звук в динамике Что такое скорость звука, от чего зависит

Эта зависимость может иметь место вместе с точностью константы, задаваемой второй производной функции, представляющей зависимость энергии от объема. Для наиболее мощных индивидуально соединенных твердых тел F варьируется от 1 до 4. Также стоит учесть коэффициент пропорциональности между М и E/A 3, который колеблется от 1 до 6.

Звуковые волны распространяются с разной скоростью по разным средствам. В воздухе волны движутся со скоростью около 300 м/с, в то время как в воде скорость составляет около 1500 м/с. Звук, как и другие волны, определяется двумя естественными параметрами — частотой и длиной волны.

Нормальное человеческое ухо слышит звук с частотой от 16 Гц до 20000 $ Гц.

Поэтому звуковые волны подразделяются в зависимости от частоты.

  1. инфразвук- ниже $16$ Гц,
  2. от $20$ Гц до $20$ кГц — границы, когда человек воспринимает звук,
  3. Ультразвук — выше $20$ кГц.

Расщепление звуковых волн.

Рисунок 1: Сегментация звуковых волн

Скорость звука

Скорость звука зависит от среды, через которую проходят волны, и является фундаментальным свойством материала. Первая серьезная попытка измерить скорость звука была предпринята Ньютоном. Она считала, что скорость звука для конкретного материала делится на плотность, равную квадратному корню из давления, оказываемого на него.

Позже это было отвергнуто, когда выяснилось, что скорость, таким образом, была неверной.

Где $ \ гамма $ — адиабатическое сжатие среды.

Готовые работы на аналогичную тему

Так как $ k \ гамма $, то в итоге мы имеем уравнение

Это уравнение также известно как уравнение Ньютона-Раплеса.

Таким образом, скорость звука увеличивается с ростом жесткости материала и уменьшается с ростом его плотности.

В диффузных средах скорость звука является функцией частоты звука и определяется дисперсионным соотношением. Каждый частотный компонент распространяется со своей скоростью, называемой фазовой скоростью, а ослабленная энергия распространяется с групповой скоростью.

В атмосфере Земли основным фактором, влияющим на скорость звука, является температура. Для определенных идеальных газов с определенной теплоемкостью и составом скорость звука зависит только от температуры.

Скорость звука в воде в зависимости от температуры.

Рисунок 2: Скорость звука в воде в зависимости от температуры

Найдите скорость $ v распространения продольной шины на следующий металл.

Механические вибрации ненагрузок с частотами ниже звукового диапазона часто называют подкожными. А те, у которых частота выше звукового диапазона, называются ультразвуковыми.

Источники звуковых волн

Считается, что звук — это движение или вибрация формы волны. Каждый, кто видел или чувствовал, что происходит при производстве звука, сразу же соглашается с этим. Например, если натянуть нить, а затем быстро ударить по ней, можно увидеть, как она вибрирует. Затем вы можете услышать небольшую музыку. То же самое наблюдается со струнами фортепиано и колокольчиками. И когда вы прикасаетесь к ним, вы можете почувствовать эти вибрации.

Источники звуковых волн. Диаграмма натянутой струны

Источник звуковых волн. Формы натянутых струн.

Мы также знаем, что при ударе стекла о стекло возникает звук. Мы знаем, что это прекращается, когда мы прикасаемся к нему пальцем, чтобы остановить вибрацию. Все эти явления служат доказательством того, что известные вибрации порождают звук. При каждом колебании колокольчика, стекла или струны воздух слегка пульсирует. Это формирует серию волн, которые достигают наших ушей, и мы слышим звук.

Нетрудно доказать, что воздух направляет звуковые волны. Для этого проводится следующий эксперимент Электрический звонок помещается под стеклянный корпус воздушного насоса и постоянно барабанит. Затем насос начинает откачивать воздух.

Звуковые волны, возникающие при звонке в колокол.

Звуковые волны. Опыт Колокола.

Поскольку количество воздуха под капотом уменьшается, свет рассеивается при отсутствии воздуха, поэтому вы видите колокол, как и раньше, с колоколом. Однако звук становится все более тихим и в конце концов прекращается. Колокол продолжает вибрировать, но когда вокруг него больше нет воздуха, он не может производить волны, известные как звуковые волны. Если воздух снова начинает поступать в колокол, звук восстанавливается. Этот простой опыт показывает, что воздух не только действует как трубопровод, но и что сила звука зависит в первую очередь от состояния воздуха.

Если скорость света сравнить со скоростью звука, то между ними существует значительная разница. Однако, если дальняя пушка стреляет за несколько секунд до звука выстрела, можно увидеть огонь и дым. Свет распространяется очень быстро и проходит за миллисекунды даже на значительных расстояниях, на которых работает оружие, но звук гораздо медленнее, и скорость его распространения в таких экспериментах можно легко рассчитать.

Распространение звуковых волн

Возьмите бильярдные шары и расположите их по прямой линии на бильярдном столе так, чтобы они касались друг друга. Затем возьмите еще один мяч, раскатайте и ударьте по мячам в конце ряда. Затем каждый шарик в ряду поочередно сжимается, оказывая давление на следующий шарик, и тот отскакивает в другой конец ряда.

Распространение звуковых волн. Испытание шара с шестом.

Соник распространился. Попробуйте бифштексные шарики.

Каждый шар в серии попеременно то сжимается, то расширяется. То же самое происходит и в воздухе при прохождении звука. Подобно этим бильярдным шарам, вы можете представить, что волны вынуждены двигаться из-за столкновения частиц воздуха друг с другом.

Скорость звука

Скорость света одинакова при любых условиях. А скорость звука значительно изменяется в зависимости от меняющихся условий, преобладающих в воздухе. Удача музыкальности заключается в том, что скорость звука незначительно меняется с изменением его высоты и силы.

Если бы звуки разных оркестровых инструментов достигали уха в разное время, было бы очень трудно услышать музыку на расстоянии, но композитор хотел, чтобы его услышали одновременно. Или если паттерн, сыгранный одной частью оркестра, воспроизводится другой частью оркестра или впоследствии достигает слуха.

1. Скорость звука в воздухе

Считается, что нормальная скорость звука в воздухе составляет около 331 метра в секунду (т.е. около одной трети километра). При повышении температуры упругость увеличивается, и звук распространяется быстрее.

Аэропланы, превышающие скорость звука.

Самолет превышает скорость звука.

Поскольку плотность остается неизменной, скорость звука увеличивается при повышении температуры.

Учитывая, что скорость звука зависит от упругости среды, в которой он проходит, становится понятно, почему звук распространяется гораздо быстрее в жидкостях, чем в газах, и даже быстрее в твердых телах.

2. Скорость звуковых волн в твёрдых телах

Звуковые волны распространяются быстрее в твердых телах, чем в воздухе. Железо в твердом состоянии более упруго, чем воздух, и звук распространяется почти в 17 раз быстрее, чем в воздухе.

Скорость звука в воздухе и других средствах не следует путать с высотой звука. В музыке звук зависит от количества колебаний в секунду, чем их больше, тем выше тон.

Как мы уже говорили, звук, проходящий через сталь, доходит до нас в 17 раз быстрее, чем при прохождении через воздух. В обоих случаях она остается неизменной. Гораздо быстрее через железо.

3. Скорость звука в разных средах

  • Хлор – 206 м/сек
  • Углекислый газ – 259 м/сек
  • Кислород – 316 м/сек
  • Водород – 1 284 м/сек
  • Неон – 435 м/сек
  • Метан – 430 м/сек
  • Воздух – 331 м/сек
  • Стекло – 4 800 м/сек
  • Литий – 6 000 м/сек
  • Алмаз – 12 000 м/сек
  • Железо – 5 950 м/сек
  • Золото – 3 240 м/сек

В атмосфере Земли основным фактором, влияющим на скорость звука, является температура. Для определенных идеальных газов с определенной теплоемкостью и составом скорость звука зависит только от температуры.

Скорость звуковой волны

Когда вы двигаете рукой вперед-назад, в воздухе не происходит ничего особенного, кроме того, что его частицы перемещаются в пространстве. Обратное происходит, если вы двигаете рукой 100 раз в секунду. Воздух не может очистить ход движущейся руки. Затем она сокращается при движении руки вперед и назад и расширяется.

Благодаря упругости этих колебательных процессов, при движении поверхности тела вперед каждая частица воздуха отталкивается от передней, отталкивается следующая и так далее. По мере движения поверхности тела назад сжатие сменяется разжижением, а затем снова сжатием.

Эти волны сжатия и разбавления распространяются от одной области к другой с определенной скоростью.

В упругих средах они распространяются со скоростью, зависящей от того, насколько близко атомы и молекулы находятся к материалу среды.

В газах плотность не влияет на скорость. Например, для воздуха важным параметром является его температура. Но об этом мы поговорим позже.

Обратите внимание, что скорость звука в воздухе совершенно не зависит от числа колебаний поверхности тела. Помните, что количество колебаний (точнее, периодов) в секунду называется Герц (Гц). Кроме того, скорость перемещения частицы полностью отличается от скорости звуковой волны. Скорость частицы зависит от частоты и ширины звукового сигнала. Скорость звука зависит только от свойств среды (температуры, плотности, упругости).

Формулы

В зависимости от скорости звуковой волны свойства распространяемой среды рассматриваются по типу.

E — модуль упругости среды определяет силу взаимодействия частиц друг с другом- p = m/v (кг/м³) — плотность среды. Твердые тела более упруги, чем жидкости и газы. Поэтому отношение скоростей звука равно: p = m/v (кг/м³) — p = m/v (кг/м³).

Звуковые волны, типы звука, длина волны и скорость звука.

Скорость звука газа может быть выражена в следующих видах

C = CP/CV — причина отношения удельной теплоемкости при постоянном давлении к удельной теплоемкости постоянного объема.

P ATM — это атмосферное давление, которое связано с температурой газа.

Главное, что нужно понять из этого типа, это то, что в газообразной среде скорость звука сильно зависит от температуры (чем теплее, тем больше движутся молекулы. Чем больше энергии, тем быстрее механический стимул).

В воздухе скорость звука (при нормальном атмосферном давлении) можно приблизить следующим образом.

C = (331 + 0,6 T °) м/c

Например, при температуре 20°C скорость звука равна 343 м/с.

При 0°C скорость звука равна 331 м/с, при -20°C = 319 м/с.

Эта взаимосвязь особенно важна для ветряных турбин на их трассах. Поэтому перед началом работы их необходимо предварительно разогреть.

Также важно отметить, что связь между акустическими колебаниями и размером источника звука, который не меняется с температурой, не означает, что частота постоянна. Температура. Струну в этом случае можно отрегулировать. Однако блестящие колонны многих духовых инструментов не поддаются настройке. Это происходит потому, что в полости органа создаются вибрации, частота которых зависит от размера полости и скорости вытекающих из нее газов. Например, высота флейты увеличивается на 0,5 тонны при повышении температуры на 15 градусов Цельсия.

Длина волны

Когда происходит сжатие и уменьшение плотности среды, наступает период колебаний. Таким образом, расстояние между двумя сжатиями или двумя разведениями звуковой волны равно длине волны.

Звуковые волны, типы звука, длина волны и скорость звука.

Если известна частота звука (количество волн в секунду), то можно определить расстояние между соседними соответствующими волнами.

Предположим, что частота звука при известной скорости 340 м/с равна 340 Гц. Используя эти параметры, длина волны равна 1 метру.

Формула для расчёта длины волны

Тип расчета следующий.

l — длина волны, c — скорость и f — частота.

Конечно, эти расчеты приблизительны. Мы уже знаем, что скорость звука в воздухе зависит от температуры и давления. Однако на практике этого достаточно для расчета толщины звукопоглотителя, ослабления звука в определенных частотных областях или оценки размера мембраны микрофона.

Существуют определенные длины волн, потому что ноты имеют определенные частоты. Например, фортепиано издает ноты с верхней октавой около 2 см и нижней октавой около 10 метров. Однако фортепиано не производит эти звуки так эффективно, как, например, музыкальный инструмент. Почему бы и нет

Давайте вернемся к нашим рукам. В конце концов, предположим, что мы наделены сверхспособностями и можем взмахнуть рукой 100 раз за секунду. Этот источник звука все еще несовершенен, поскольку часть воздуха выгибается в его сторону. Чтобы избежать этого, такие низкочастотные источники должны быть намного выше (например, потому что на краях деки фортепиано есть небольшие потери, а орган еще более эффективен). Однако если вибратор вибрирует очень быстро, воздух не успевает рассеиваться по краям. Таким образом, на очень высоких частотах даже небольшие поверхности могут привести к эффективному звучанию.

Спасибо, что прочитали статью «Новые стили звучания». Подпишитесь и поделитесь ею со своими друзьями.

Звуковые волны делятся на продольные волны. Это происходит, когда направление движения частиц совпадает с направлением распространения энергии механических колебаний в упругой среде. Поперечные волны делятся на поперечные волны. Это происходит, когда направление движения частиц перпендикулярно распространению возмущения.

Эпилог

В этом исследовании ученые обнаружили, что две фундаментальные константы — постоянная тонкой структуры и отношение масс протона и электрона — играют наиболее важную роль в оценке максимально возможной скорости разгона.

Выполненные расчеты были проверены на практике с использованием ряда материалов. Эксперименты показали, что отдельные массы уменьшают скорость звука. Это показывает, что максимальная скорость звука достигается в твердом атомарном водороде. В таком виде он может существовать только при очень высоких давлениях. Однако максимальная скорость звука в данном исследовании составляет 36100 м/с. На самом деле, эти исследования очень важны для понимания определенных материалов и их свойств.

Конечно, ученые не собираются полагаться на свою славу. Их расчеты и соответствующие экспериментальные данные нуждаются в перепроверке, улучшении и дальнейшем подтверждении. Эти исследования будут продолжаться, и новые данные могут неожиданно сдвинуть скорость звука в большую или меньшую сторону. В любом случае, основной подход один и тот же, и только лучше понимая процессы, происходящие вокруг нас, мы можем с уверенностью смотреть на развитие этих исследований.

Спасибо за внимание. Оставайтесь любопытными и удачной недели!!! 🙂

Немного рекламы

Спасибо, что остановились у нас. Вам нравятся наши статьи? Хотите увидеть больше интересных материалов? Поддержите нас, заказав или порекомендовав друзьям наши Cloud VPS для разработчиков от $4.99, Unique VPS (KVM) E5-2697 v3 (6-core) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps аналог от $19, или How to Split a Server. (доступны варианты RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40 ГБ DDR4).

Стоит ли Dell R730xd в 2 раза дешевле в центре обработки данных Equinix Tier IV в Амстердаме? Только у нас 2xIntel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100TV, от $199 в Нидерландах! Dell R420-2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — от $99! Читайте, как построить инфраструктуру бизнес-класса с помощью сервера DellR730xdE5-2650v4 стоимостью 9000 евро за 50 центов.

В физике звук — это вибрация, распространяющаяся в виде механической волны давления и смещения в среде, такой как воздух или вода.

Типы распространяющихся волн

Существует два типа волн: продольные и поперечные.

  • Продольная волна: Волна, в которой частицы среды колеблются из стороны в сторону в том же направлении, что и волна. Среда может быть твердой, жидкой или газообразной. Следовательно, звуковые волны — это продольные волны.
  • Поперечная волна : Волна, в которой частицы в среде колеблются вверх и вниз «под прямым углом» к направлению движения волны. Эти волны появляются только в твердых телах и жидкостях, но не в газах.

Однако, поскольку волны распространяются во всех направлениях, проще думать о них как о путешествующих по сфере.

Надеюсь, вы сможете использовать эту информацию, чтобы узнать больше о скорости звука и о том, как она работает.

Содержание этой статьи соответствует этическим принципам редакции. Чтобы сообщить об ошибках, нажмите здесь.

Полный путь статьи: сетевая метеорология ‘Метеорология’ Наука ‘Скорость звука’

Оцените статью
Uhistory.ru