Viteza sunetului Este echivalent cu viteza cu care undele longitudinale se propagă într-un mediu dat, producând compresii și expansiuni succesive, pe care creierul le interpretează ca sunet.
Astfel, unda sonoră parcurge o anumită distanță pe unitate de timp, care depinde de mediul prin care se deplasează. Într-adevăr, undele sonore necesită un mediu material pentru ca comprimările și expansiunile pe care le-am menționat la început să aibă loc. De aceea sunetul nu se propagă în vid.
Dar, din moment ce trăim scufundați într-un ocean de aer, undele sonore au un mediu în care să se miște și asta permite auzul. Viteza sunetului în aer și la 20 ° C este de aproximativ 343 m / s (1087 ft / s), sau aproximativ 1242 km / h, dacă preferați.
Pentru a găsi viteza sunetului într-un mediu, trebuie să știți puțin despre proprietățile acestuia.
Deoarece mediul material este modificat alternativ, astfel încât sunetul să se poată propaga, este bine să știm cât de ușor sau dificil este să-l deformăm. Modulul de compresibilitate B ne oferă aceste informații.
Pe de altă parte, densitatea mediului, notată ca ρ va fi, de asemenea, relevant. Orice mediu are o inerție care se traduce prin rezistență la trecerea undelor sonore, caz în care viteza lor va fi mai mică.
Indice articol
Viteza sunetului într-un mediu depinde de proprietățile sale elastice și de inerția pe care o prezintă. Fi v viteza sunetului, în general este adevărat că:
Legea lui Hooke afirmă că deformarea în mediu este proporțională cu stresul aplicat acestuia. Constanta proporționalității este tocmai modulul de compresibilitate sau modulul volumetric al materialului, care este definit ca:
B = - Stres / Tensiune
Tulpina este modificarea volumului DV împărțit la volumul original Vsau. Deoarece este coeficientul dintre volume, îi lipsesc dimensiunile. Semnul minus înainte B înseamnă că înainte de efortul depus, care este o creștere a presiunii, volumul final este mai mic decât cel inițial. Cu toate acestea obținem:
B = -ΔP / (ΔV / Vsau)
Într-un gaz, modulul volumetric este proporțional cu presiunea P, fiind constanta proporționalității γ, numită constantă a gazului adiabatic. În acest fel:
B = γP
Unitățile din B sunt la fel ca presiunea. În cele din urmă viteza este la fel:
Presupunând că mediul este un gaz ideal, putem înlocui presiunea P în expresia dată pentru viteză. Pentru gazele ideale este adevărat că:
Acum să vedem ce se întâmplă dacă mediul este un solid extins. În acest caz, trebuie luată în considerare o altă proprietate a mediului, care este răspunsul său la forfecare sau solicitare de forfecare:
După cum am văzut, viteza sunetului într-un mediu poate fi determinată prin cunoașterea proprietăților acelui mediu. Materialele foarte elastice permit ca sunetul să se răspândească mai ușor, în timp ce materialele mai dense rezistă.
Temperatura este un alt factor important. Din ecuația pentru viteza sunetului într-un gaz ideal, se poate observa că cu cât temperatura este mai mare T, viteza mai mare. Ca întotdeauna, cu atât este mai mare masa moleculară M, viteză mai mică.
Din acest motiv, viteza sunetului nu este strict constantă, deoarece condițiile atmosferice pot introduce variații ale valorii sale. Este de așteptat ca la altitudini mai mari deasupra nivelului mării, unde temperatura devine din ce în ce mai mică, viteza sunetului să scadă..
Se estimează că în aer, viteza sunetului crește cu 0,6 m / s pentru fiecare 1 ° C în care crește temperatura. În apă, crește 2,5 m / s pentru fiecare 1 ° C de înălțime.
În afară de factorii deja menționați -elasticitate, densitate și temperatură-, există și alții care intervin în propagarea undelor sonore în funcție de mediu, precum:
-Umiditatea aerului
-Salinitatea apei
-Presiune
Din cele spuse mai sus, rezultă că temperatura este într-adevăr un factor determinant în viteza sunetului într-un mediu..
Pe măsură ce substanța se încălzește, moleculele sale devin mai rapide și pot colizi mai frecvent. Și cu cât se ciocnesc mai mult, cu atât este mai mare viteza sunetului în interior..
Sunetele care călătoresc prin atmosferă sunt de obicei foarte interesante, deoarece suntem cufundați în ea și petrecem cea mai mare parte a timpului. În acest caz, relația dintre viteza sunetului și temperatura este următoarea:
331 m / s este viteza sunetului în aer la 0 ° C. La 20 ° C, care este echivalent cu 293 kelvin, viteza sunetului este de 343 m / s, după cum sa menționat la început.
Numărul Mach este o cantitate adimensională care este dată de coeficientul dintre viteza unui obiect, de obicei un avion și viteza sunetului. Este foarte convenabil să știți cât de repede se mișcă o aeronavă în ceea ce privește sunetul.
Fi M Numărul Mach, V viteza obiectului - aeronava- și vs viteza sunetului, avem:
M = V / vs
De exemplu, dacă o aeronavă se deplasează la Mach 1, viteza sa este aceeași cu cea a sunetului, dacă se deplasează la Mach 2 este de două ori mai rapidă și așa mai departe. Unele avioane militare fără pilot experimentale au ajuns chiar la Mach 20.
Sunetul se deplasează aproape întotdeauna mai repede în solide decât în lichide și, la rândul său, este mai rapid în lichide decât în gaze, deși există unele excepții. Factorul determinant este elasticitatea mediului, care este mai mare pe măsură ce crește coeziunea dintre atomi sau molecule care îl compun..
De exemplu, sunetul se deplasează mai repede în apă decât în aer. Acest lucru se observă imediat când vă scufundați capul în mare. Sunetele motoarelor de la distanță sunt mai ușor de auzit decât când ieșiți din apă.
Mai jos este viteza sunetului pentru diferite medii, exprimată în m / s:
Nimeni nu a comentat acest articol încă.