Која је брзина звука?

Већина људи разуме шта је звук. Повезан је са слухом и повезан је са физиолошким и психолошким процесима. Мозак обрађује сензације које долазе кроз органе слуха. Брзина звука зависи од многих фактора.

Звуци се разликују по људима

У општем смислу, звук је физички феномен који узрокује утицај на органе слуха. Има облик уздужних таласа различитих фреквенција. Људи могу да чују звук, чија фреквенција варира од 16-20000 Хз. Ови еластични уздужни таласи, који се шире не само у ваздуху, већ иу другим срединама, допиру до људског уха, изазивају звучне сензације. Људи не могу све чути. Еластични таласи са фреквенцијом мањом од 16 Хз називају се инфразвуком, а изнад 20.000 Хз називају се ултразвук. Њихово људско ухо не може да чује.

Звучне карактеристике

Постоје двије главне карактеристике звука: волумен и висина. Први је повезан са интензитетом еластичности соунд ваве. Постоји још један важан индикатор. Физичка количина, која карактерише висину, је фреквенција осцилација еластиц ваве. У овом случају важи једно правило: што је више, то је виши звук и обрнуто. Друга важна карактеристика је брзина звука. У различитим окружењима, то је другачије. Представља брзину ширења еластичних звучних таласа. У гасном окружењу, овај индикатор ће бити мањи него у текућинама. Брзина звука у чврстим материјама је највећа. Штавише, код уздужних таласа је увек већи него код попречних.

Брзина ширења звучних таласа

Овај индикатор зависи од густине медија и његове еластичности. На гасне медије утиче температура супстанце По правилу, брзина звука не зависи од амплитуде и фреквенције таласа. У ретким случајевима, када ове карактеристике имају утицаја, оне говоре о такозваној дисперзији. Брзина звука у паровима или гасовима варира између 150-1000 м / с. У течним медијима је већ 750-2000 м / с, ау чврстим материјалима 2000-6500 м / с. У нормалним условима, брзина звука у ваздуху достиже 331 м / с. У нормалној води - 1500 м / с.

Брзина звучних таласа у различитим хемијским срединама

Брзина звука у различитим хемијским срединама није иста. Дакле, у азоту је 334 м / с, у ваздуху - 331, у ацетилену - 327, у амонијаку - 415, у водонику - 1284, у метану - 430, у кисеонику - 316, у хелијуму - 965, у угљен моноксиду - 338, у угљен диоксиду - 259, у хлору - 206 м / с. Брзина звучног таласа у гасовитим медијима расте са повећањем температуре (Т) и притиска. Код течности се најчешће смањује са повећањем Т за неколико метара у секунди. Брзина звука (м / с) у течном медију (на температури од 20 ° Ц):

• вода - 1490;

• етил алкохол - 1180;

• бензен - 1324;

• жива - 1453;

• тетраклорум угљеника - 920;

• глицерин - 1923.

Од горе наведеног правила, једини изузетак је вода у којој се брзина звука повећава са повећањем температуре. Свој максимум достиже када се ова течност загреје на 74 ° Ц. Са даљим повећањем температуре, брзина звука се смањује. Са повећањем притиска, повећава се за 0,01% / 1 атм. У сланој морској води са повећаном температуром, дубином и сланошћу ће се повећати брзина звука. У другим срединама ова бројка варира на различите начине. Дакле, у мешавини течности и гаса, брзина звука зависи од концентрације њених компоненти. У изотопској крутини, она је одређена њеном густином и модалитетом еластичности. У неограниченим густим медијима шире се попречни (посмични) и уздужни еластични валови. Брзина звука (м / с) у чврстом стању (уздужни / попречни талас):

• стакло - 3460-4800 / 2380-2560;

• кварц - 5970/3762;

• бетон - 4200-5300 / 1100-1121;

• цинк - 4170-4200 / 2440;

• Тефлон - 1340 / *;

• гвожђе - 5835-5950 / *;

• злато - 3200-3240 / 1200;

• алуминијум - 6320/3190;

• сребро - 3660-3700 / 1600-1690;

• месинг - 4600/2080;

• Никал - 5630/2960.

Код феромагнета брзина звучног таласа зависи од величине јачина магнетног поља. У појединачним кристалима, брзина звучног таласа (м / с) зависи од правца његовог ширења:

• рубин (лонгитудинални талас) - 11240;
• кадмијум сулфид (уздужни / попречни) - 3580/4500;
• литијум ниобат (уздужни) - 7330.

Брзина звука у вакууму је 0, јер се у таквом окружењу једноставно не шири.

Одређивање брзине звука

Све што је повезано са звучним сигналима заинтересовало је наше претке пре више хиљада година. Готово сви еминентни научници древног света радили су на дефинисању суштине овог феномена. Чак су и древни математичари установили да је звук узрокован осцилирајућим покретима тела. Еуклид и Птоломеј су писали о томе. Аристотел је установио да је брзина звука коначна. Први покушаји да се утврди овај показатељ предузели су Ф. Бацон у 17. веку. Покушао је да утврди брзину поредећи временске интервале између звука снимка и бљеска свјетла. На основу ове методе, група физичара Паришке академије наука први пут је одредила брзину звучног таласа. У различитим експерименталним условима, био је 350-390 м / с. Теоријско објашњење брзине звука по први пут у њиховим "Принципима" разматрао је И. Њутн. Да би се исправило дефинисање овог индикатора показало у ПС Лаплаце.

Формула брзине звука

За гасне медије и течности, у којима се звук шири, по правилу, адијабатски, промена температуре повезана са истезањем и компресијом у уздужном таласу не може брзо да се изједначи у кратком временском периоду. Очигледно је да на овај индикатор утиче неколико фактора. Брзина звучног таласа у хомогеном гасном средству или течности одређује се следећом формулом:

ц ² = 1 / βρ,

где је β адијабатска компресибилност, ρ је густина медија.

Код приватних деривата, ова вредност се израчунава према следећој формули:

ц ² = -υ ² (δρ / δυ) _С = -υ ² Цп / Цυ (δρ / δυ) _Т ,

где је ρ, Т, υ притисак медијума, његова температура и специфична запремина; С је ентропија; Цп - изобарични топлотни капацитет; Цυ - изохорични топлотни капацитет. За гасне медије, ова формула ће изгледати овако:

ц ² = ТкТ / м = тРт / М = (Р (т + 273,15) / М = ² Т,

где је аб адијабатска вредност: 4/3 за полиатомске гасове, 5/3 за монатом, 7/5 за дијатомејске гасове (ваздух); Р је гасна константа (универзална); Т је апсолутна температура, измерена у келвинима; к је Болцманова константа; т је температура у ° Ц; М је моларна маса; м је молекулска тежина; α ² = /Р / М.

Одређивање брзине звука у чврстом стању

У чврстом телу са хомогеношћу постоје два типа таласа који се разликују по поларизацији осцилација у односу на правац њиховог ширења: трансверзални (С) и лонгитудинални (П). Брзина првог (Ц _С ) ће увек бити нижа од друге (Ц _П ):

Ц _П ² = (К + 4 / 3Г) / ρ = Е (1 - в) / (1 + в) (1-2в) ρ;

Ц _с ² = Г / ρ = Е / 2 (1 + в) ρ,

где су К, Е, Г - модули компресије, Иоунг, схифт; в - Поиссонов однос. Приликом израчунавања брзине звука у чврстом, користе се адијабатски еластични модули.

Брзина звука у вишефазним окружењима

У вишефазним срединама услед нееластичне апсорпције енергије, брзина звука директно зависи од фреквенције осцилације. У двофазној порозној средини, израчунава се према једначини Био-Николаев.

Закључак

Мерење брзине звучног таласа се користи за одређивање различитих својстава супстанци, као што су модули еластичности чврстог материјала, компресибилност течности и гаса. Осетљива метода за одређивање нечистоћа је мерење малих промена брзине звучног таласа. Код чврстих материја, флуктуација овог индикатора нам омогућава да проучавамо структуру полупроводника. Брзина звука је веома важна количина, чије мјерење омогућава да научите много о широком спектру окружења, тијела и других предмета научног истраживања. Без способности да је дефинишу, многа научна открића била би немогућа.