Kas ir skaņas ātrums?



Zemes atmosfērā skaņas ātrums tas ir 343 metri sekundē; vai vienu kilometru pie 2,91 sekundē vai vienu jūdzi pie 4,69 sekundē.

Skaņas ātrums ideālā gāzē ir atkarīgs tikai no tās temperatūras un sastāva. Ātrumam ir vāja atkarība no frekvences un spiediena parastajā gaisā, kas mazliet atšķiras no ideālās uzvedības.

Kāds ir skaņas ātrums?

Parasti skaņas ātrums attiecas uz ātrumu, kādā skaņas viļņi ceļo pa gaisu. Tomēr skaņas ātrums ir atkarīgs no vielas. Piemēram, skaņa ceļo lēnāk gāzēs, ceļo ātrāk šķidrumos un vēl ātrāk cietās daļās.

Ja skaņas ātrums gaisā ir 343 metri sekundē, tas nozīmē, ka tas pārvietojas ūdenī 1,484 metros sekundē un dzelzs ir aptuveni 5 120 metri sekundē. Īpaši cietā materiālā, piemēram, dimantā, skaņa pārvietojas 12 000 metru sekundē. Tas ir lielākais ātrums, ar kādu skaņa var ceļot normālos apstākļos.

Skaņas viļņi cietās daļās sastāv no kompresijas viļņiem, līdzīgi kā gāzēs un šķidrumos, un no cita veida viļņiem, ko sauc par rotācijas viļņiem, kas ir tikai cietās daļās. Rotācijas viļņi cietās daļās parasti pārvietojas ar dažādiem ātrumiem.

Kompresijas viļņu ātrumu cietās daļās nosaka barotnes saspiežamība, blīvums un šķērsvirziena elastības modulis. Rotācijas viļņu ātrumu nosaka tikai moduļa blīvums un šķērsvirziena elastības modulis.

Dinamiskajā šķidrumā skaņas ātrums šķidruma vidē, vai nu gāzē, vai šķidrumā, tiek izmantots kā relatīvs mērījums objekta kustības ātrumam, kas pārvietojas vidē..

Objekta ātruma attiecība pret gaismas ātrumu šķidrumā tiek saukta par objekta marta numuru. Objekti, kas pārvietojas ātrāk par 1.martu, tiek saukti par objektiem, kas pārvietojas ar pārkanālu ātrumu.

Pamatjēdzieni

Skaņas pārraidi var ilustrēt, izmantojot modeli, kas sastāv no virknēm, kas savienotas ar vadiem.

Reālajā dzīvē bumbiņas attēlo molekulas un pavedieni atspoguļo saikni starp tām. Skaņa iziet cauri modelim, saspiežot un paplašinot pavedienus, pārraidot enerģiju blakus esošajām bumbām, kas savukārt pārraida enerģiju savām vītnēm un tā tālāk..

Skaņas ātrums caur modeli ir atkarīgs no pavedienu stinguma un bumbiņu masas.

Kamēr telpa starp bumbiņām ir nemainīga, stingrākas pavedieni pārraida enerģiju ātrāk, un bumbas ar lielāku masu pārraida enerģiju lēnāk. Ar šo modeli var saprast arī tādas sekas kā izkliede un pārdomas.

Jebkurā reālā materiālā pavedienu stingrību sauc par elastības moduli, un masa atbilst blīvumam. Ja visas pārējās lietas ir vienādas, skaņa pārvietosies lēnāk sūkņainos materiālos un ātrāk ar stingrākiem materiāliem.

Piemēram, skaņa ceļo 1,59 reizes ātrāk caur niķeli nekā bronza, jo niķeļa stingrība ir lielāka tajā pašā blīvumā.

Līdzīgi, skaņas šķērso 1,41 reizes ātrāk vieglā ūdeņraža gāzē (protium) nekā smagā ūdeņraža gāzē (deitērijā), jo smagajām gāzēm ir līdzīgas īpašības, bet tam ir divreiz lielāka blīvuma pakāpe..

Tajā pašā laikā "kompresijas tipa" skaņa straujāk pārvietojas cietās daļās nekā šķidrumi un ātrāk pārvietojas šķidrumos nekā gāzēs..

Šis efekts ir saistīts ar to, ka cietajām vielām ir grūtāk saspiest nekā šķidrumi, savukārt šķidrumus ir grūtāk saspiest nekā gāzes..

Kompresijas viļņi un rotācijas viļņi

Gāzē vai šķidrumā skaņa sastāv no kompresijas viļņiem. Cietās vielās viļņi izplatās divos dažādos viļņu veidos. Garenvirziena vilnis ir saistīts ar saspiešanu un dekompresiju braukšanas virzienā; tas ir tāds pats process gāzēs un šķidrumos, ar līdzīgu kompresijas vilni cietvielās.

Gāzēs un šķidrumos ir tikai kompresijas viļņi. Papildu vilnis, ko sauc par šķērsvirziena viļņu vai rotācijas viļņu, notiek tikai cietās daļās, jo tikai cietas vielas var izturēt elastīgās deformācijas..

Tas ir tāpēc, ka vidēja elastīgā deformācija ir perpendikulāra viļņa braukšanas virzienam. Deformētās rotācijas virzienu sauc par šāda veida viļņa polarizāciju. Parasti šķērsvirzienu viļņi rodas kā ortogonālu polarizāciju pāris.

Šiem dažādiem viļņu veidiem var būt dažādi ātrumi vienā frekvencē. Tāpēc viņi var sasniegt novērotāju dažādos laikos. Šīs situācijas piemērs parādās zemestrīcēs, kur akūti saspiešanas viļņi ierodas vispirms un svārstīgie šķērseniskie viļņi ierodas sekundēs vēlāk.

Viļņu saspiešanas ātrumu šķidrumā nosaka barotnes saspiežamība un blīvums.

Cietās daļās kompresijas viļņi ir analoģiski šķidrumos, atkarībā no saspiežamības, blīvuma un papildu faktoriem šķērsvirziena elastības modulim..

Rotācijas viļņu ātrumu, kas rodas tikai cietās daļās, nosaka tikai šķērsvirziena elastības modulis un moduļa blīvums..

Atsauces

  1. Skaņas ātrums dažādos masveida nesējos. Hiper fizika Izgūti no hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
  2. Skaņas ātrums. Izgūti no mathpages.com.
  3. Akustikas maģistra rokasgrāmata. (2001). Ņujorka, Savienotās Valstis. McGraw-Hill. Izgūti no wikipedia.com.
  4. Skaņas ātrums ūdenī temperatūrā. Inženiertehniskais rīks. Izgūti no engineeringtoolbox.com.
  5. Skaņas ātrums gaisā. Mūzikas piezīmju fizika. Izgūti no phy.mtu.edu.
  6. Atmosfēras efekti uz skaņas ātrumu. (1979). Aizsardzības tehniskās informācijas centra tehniskais ziņojums. Izgūti no wikipedia.com.