De Ljudets hastighet Det motsvarar den hastighet med vilken längsgående vågor sprider sig i ett visst medium och producerar successiva kompressioner och utvidgningar, som hjärnan tolkar som ljud.
Ljudvågen färdas således ett visst avstånd per tidsenhet, vilket beror på mediet genom vilket den färdas. Faktum är att ljudvågor kräver ett materialmedium för att de kompressioner och utvidgningar som vi nämnde i början ska äga rum. Det är därför som ljud inte sprids i vakuum.
Men eftersom vi lever nedsänkta i ett hav av luft har ljudvågorna ett medium att röra sig på och det möjliggör hörsel. Ljudhastigheten i luft och vid 20 ° C är ungefär 343 m / s (1087 ft / s), eller cirka 1242 km / h om du föredrar.
För att hitta ljudets hastighet i ett medium måste du veta lite om egenskaperna hos detta.
Eftersom materialet är växelvis modifierat så att ljudet kan spridas är det bra att veta hur lätt eller svårt det är att deformera det. Modulen för kompressibilitet B erbjuder oss den informationen.
Å andra sidan, densiteten av mediet, betecknat som ρ det kommer också att vara relevant. Varje medium har en tröghet som översätter till motstånd mot passage av ljudvågor, i vilket fall deras hastighet blir lägre.
Artikelindex
Ljudets hastighet i ett medium beror på dess elastiska egenskaper och på trögheten det presenterar. Vara v ljudets hastighet, i allmänhet är det sant att:
Hookes lag säger att deformationen i mediet är proportionell mot påfrestningen. Proportionalitetskonstanten är just materialets kompressibilitetsmodul eller volymetriska modul, som definieras som:
B = - Stress / belastning
Sil är förändringen i volym DV dividerat med originalvolymen Veller. Eftersom det är kvoten mellan volymerna saknar den dimensioner. Minustecknet innan B det betyder att innan ansträngningen, vilket är en ökning av trycket, är den slutliga volymen mindre än den initiala. Med allt detta får vi:
B = -ΔP / (AV / Veller)
I en gas är den volymetriska modulen proportionell mot trycket P, är den konstanta proportionaliteten γ, kallas den adiabatiska gaskonstanten. På det här sättet:
B = γP
Enheterna i B är samma som tryck. Slutligen är hastigheten som:
Förutsatt att mediet är en idealisk gas kan vi ersätta trycket P i det givna uttrycket för hastighet. För ideala gaser är det sant att:
Låt oss nu se vad som händer om mediet är ett utökat fast ämne. I det här fallet måste en annan egenskap hos mediet beaktas, vilket är dess svar på skjuvning eller skjuvspänning:
Som vi har sett kan ljudhastigheten i ett medium bestämmas genom att känna till mediumets egenskaper. Mycket elastiska material gör att ljudet sprids lättare, medan tätare motstår.
Temperatur är en annan viktig faktor. Från ekvationen för ljudets hastighet i en idealgas kan man se att ju högre temperaturen T, högre hastighet. Som alltid, ju högre molekylvikt M, lägre hastighet.
Av denna anledning är ljudhastigheten inte strikt konstant, eftersom atmosfäriska förhållanden kan införa variationer i dess värde. Det kan förväntas att vid högre höjder över havet, där temperaturen blir lägre och lägre, kommer ljudets hastighet att minska..
Det uppskattas att i luft ökar ljudets hastighet med 0,6 m / s för varje 1 ° C som temperaturen stiger. I vatten ökar den 2,5 m / s för varje höjd av 1 ° C.
Bortsett från de faktorer som redan nämnts -elasticitet, densitet och temperatur- finns det andra som ingriper i förökning av ljudvågor beroende på mediet, såsom:
-Luftfuktighet
-Salthalt i vatten
-Tryck
Av vad som har sagts ovan följer att temperaturen verkligen är en avgörande faktor för ljudhastigheten i ett medium..
När ämnet värms upp blir dess molekyler snabbare och kan kollidera oftare. Och ju mer de kolliderar, desto högre ljudhastighet inuti..
Ljud som färdas genom atmosfären är vanligtvis väldigt intressanta, eftersom vi är nedsänkta i det och tillbringar större delen av tiden. I detta fall är förhållandet mellan ljudets hastighet och temperaturen följande:
331 m / s är ljudets hastighet i luft vid 0 ° C. Vid 20 ° C, vilket motsvarar 293 kelvin, är ljudets hastighet 343 m / s, som nämnts i början.
Mach-talet är en måttlös kvantitet som ges av kvoten mellan ett objekts hastighet, vanligtvis ett flygplan, och ljudets hastighet. Det är väldigt bekvämt att veta hur snabbt ett flygplan rör sig med avseende på ljud.
Vara M Mach-nummer, V objektets hastighet - flygplanet - och vs ljudets hastighet har vi:
M = V / vs
Till exempel, om ett flygplan rör sig vid Mach 1 är dess hastighet densamma som för ljudet, om det rör sig vid Mach 2 är det dubbelt så snabbt, och så vidare. Vissa experimentella obemannade militära flygplan har till och med nått Mach 20.
Ljud rör sig nästan alltid snabbare i fasta ämnen än i vätskor, och i sin tur är det snabbare i vätskor än i gaser, även om det finns några undantag. Den avgörande faktorn är mediumets elasticitet, som är större när sammanhållningen mellan atomerna eller molekylerna som utgör det ökar..
Till exempel rör sig ljud snabbare i vatten än i luft. Detta märks omedelbart när du sänker huvudet i havet. Ljuden från avlägsna båtmotorer är lättare att höra än när de är ute av vattnet.
Nedan följer ljudhastigheten för olika media, uttryckt i m / s:
Ingen har kommenterat den här artikeln än.