Sigurno ste mnogo puta vidjeli da kad je oluja prvo postoji svjetlo koje je munja, a zatim stiže zvuk. To je zbog Brzina zvuka. Znanstvenici su otkrili maksimalnu brzinu kojom zvuk može putovati kroz zrak. U fizici je to vrlo važno. Više o ovom fenomenu možete saznati u članku o Sve što trebate znati o munjama.
Stoga ćemo ovaj članak posvetiti tome da vam kažemo sve što trebate znati o brzini zvuka i načinu na koji se širi.
Brzina zvuka
Brzina širenja zvučnog vala ovisi o karakteristikama medija u kojem se širi, a ne o karakteristikama vala ili sili koja ga proizvodi. Ova brzina širenja zvučnih valova naziva se i brzina zvuka. U Zemljinoj atmosferi, temperatura je 20ºC, što je 343 metra u sekundi. Brzina zvuka ovisi o mediju širenja, a način na koji se širi u mediju pomaže boljem razumijevanju određenih karakteristika prijenosnog medija. Kad se promijeni temperatura medija za širenje, promijenit će se i brzina zvuka. To je zato što povećanje temperature dovodi do povećanja učestalosti interakcija između čestica koje nose vibracije, što se prevodi u povećanje brzine vala.
Općenito govoreći, brzina zvuka u krutim tijelima veća je nego u tekućinama, a brzina zvuka u tekućinama veća je nego u plinovima. To je zato što što je tvar čvršća, to je veći stupanj kohezije atomskih veza, što pogoduje širenju zvučnih valova. Ako želite saznati više o ovoj temi, pogledajte naš članak o zvučni zid.
Brzina širenja zvuka ovisi uglavnom o elastičnosti medija koji ga širi. Elastičnost se odnosi na sposobnost vraćanja izvornog oblika.
Što je zvuk
Zvuk je tlačni val koji se može širiti zrakom kompresijom i depresijom. Zvuk koji percipiramo oko sebe nije ništa drugo nego energija koju stvaraju vibracije koje se šire zrakom ili bilo kojim drugim medijem, a koje možemo primiti i čuti kada dospije do ljudskog uha. Znamo da zvuk putuje u obliku valova.
Valovi su vibracijski poremećaji u mediju, koji prenose energiju s jedne točke na drugu bez izravnog kontakta između te dvije točke. Možemo reći da val nastaje titranjem čestica medija kroz koji prolazi, odnosno procesom širenja koji odgovara uzdužnom pomaku (u smjeru širenja) molekula zraka. Područje s velikim pomakom pojavljuje se u području gdje je amplituda promjene tlaka nula i obrnuto.
Zvuk u zvučniku
Zrak u cijevi s zvučnikom na jednom kraju i zatvorenim na drugom kraju vibrira u obliku valova. Statički uzdužno. Vlastiti načini vibracija cijevi s ovim karakteristikama. Odgovara sinusnom valu čija je valna duljina takva da postoji točka nulte amplitude. Ispušni čvor na kraju zvučnika i zatvoreni kraj cijevi, jer se zrak ne može slobodno kretati zbog zvučnika, odnosno poklopca cijevi. U tim čvorovima imamo maksimalnu varijaciju pritiska, antičvor ili trbuh, stajaćeg vala.
Brzina zvuka u različitim medijima
Brzina zvuka varira ovisno o mediju u kojem se zvučni val širi. Također se mijenja s temperaturom medija. To je zato što povećanje temperature uzrokuje povećanje učestalosti interakcija između čestica koje prenose vibracije, a povećanje te aktivnosti povećava brzinu. Ovaj je fenomen izravno povezan s širenje zvuka u prostoru.
Na primjer, u snijegu zvuk može putovati na velike udaljenosti. To je zbog loma pod snijegom, koji nije homogen medij. Svaki sloj snijega ima različitu temperaturu. Najdublja mjesta do kojih Sunce ne može doći hladnija su od površine. U tim hladnijim slojevima blizu tla brzina širenja zvuka je sporija.
Općenito govoreći, brzina zvuka je veća u čvrstim tvarima nego u tekućinama i veća u tekućinama nego u plinovima. To je zato što što je veća kohezija atomskih ili molekularnih veza, tvar je jača. Brzina zvuka u zraku (pri temperaturi od 20 ° C) je 343,2 m / s.
Pogledajmo brzinu zvuka u nekim medijima:
- U zraku, na 0°C, zvuk putuje brzinom od 331 m/s (za svaki stupanj Celzijusa temperatura raste, brzina zvuka se povećava za 0,6 m/s).
- U vodi (na 25 ° C) iznosi 1593 m / s.
- U tkivima je 1540 m / s.
- U drvu je 3700 m / s.
- U betonu je 4000 m / s.
- U čeliku je 6100 m / s.
- U aluminiju je 6400 m/s.
- U kadmiju je 12400 m / s.
Brzina širenja tlačnog vala vrlo je važna u proučavanju pojave rezonancije u razdjelniku klipnog motora i ovisi o karakteristikama okoline. Na primjer, za plinove, isparena smjesa u usisnom razvodniku ili izgorjeli plinovi u ispušnom razvodniku ovise o njihovoj gustoći i tlaku. Postoji važan odnos između brzine zvuka i gradijent tlaka.
Vrste širenja valova
Postoje dvije vrste valova: longitudinalni valovi i poprečni valovi.
- Uzdužni val: Val u kojem čestice medija titraju s jedne na drugu stranu u istom smjeru kao i val. Medij može biti čvrst, tekući ili plinovit. Stoga su zvučni valovi uzdužni valovi.
- Poprečni val: Val u kojem čestice u mediju vibriraju gore -dolje "pod pravim kutom" prema smjeru kretanja vala. Ti se valovi pojavljuju samo u krutim tvarima i tekućinama, a ne u plinovima.
Ali zapamtite da valovi putuju u svim smjerovima, pa je lakše misliti o njima kao da prolaze kroz kuglu.
Nadam se da s ovim informacijama možete naučiti više o brzini zvuka i njegovim karakteristikama.