В вестернах часто встречается персонаж-индеец, который, приложив ухо к земле, может определить, как далеко находятся его противники. Он слышит вибрацию земли, вызванную копытами лошадей. Подобным образом мы производим и воспринимаем звуки, совершая и принимая колебания молекул воздуха.
Когда вы слышите термин «звук» или «звуковая волна», вы, конечно, понимаете, о чем идет речь. В этой статье вы узнаете, что такое звук на самом деле и как вы воспринимаете окружающий мир своими ушами.
Звук — это волна. Эти звуковые волны достигают вашего уха и позволяют вам воспринимать звуки и шумы через систему «ухо-мозг». Как правило, существует два различия: полезный звук и звук помех. Полезный звук включает музыку или голоса во время разговора. Звук помех включает в себя, например, шум строительной площадки или шум транспорта.
В физике звук — это вибрация. Эта вибрация распространяется как механическая волна (также акустическая волна) в среде. Такой средой является, например, воздух. Но вы, вероятно, также слышали звуки под водой или сквозь стены. Звуковые волны в воздухе возникают из-за колебаний давления и плотности.
Что такое звук (звуковая волна)?
Какое-то событие, например, произнесение слов, заставляет воздух вибрировать. Затем это возбуждение распространяется в виде волнового движения. Помимо воздуха, возбуждаться могут и другие упругие среды, например, вода.
Итак, звук — это колебательное двuжение частиц упругой среды, которое распространяется от источника звука в виде волн в различных средах.
Можно дать и другое определение:
Звук — это механическая волна, распространяющаяся в пространстве из-за изменения давления и плотности воздуха.
Необходимым условием распространения звуковых волн является наличие упругой среды. Если вокруг источника звука нет упругой среды, то звук распространяться не будет. Например, в вакууме механические волны не могут распространяться.
Таблица перевода из Скоростей звука в воздухе в Километры в час
| 1 | 5 | 10 | 25 | 50 | 100 | 250 | 500 |
| 1 224 | 6 120 | 12 240 | 30 600 | 61 200 | 122 400 | 306 000 | 612 000 |
| 10 000 | 50 000 | 100 000 | 250 000 | 500 000 | 1 000 000 | 2 500 000 | 5 000 000 |
| 8.17 | 40.85 | 81.699 | 204.248 | 408.497 | 816.993 | 2 042.484 | 4 084.967 |
Калькуляторы по физике
Мы в соцсетях Присоединяйтесь!
Нашли ошибку? Есть предложения? Сообщите нам
Этот калькулятор можно вставить на сайт, в блог
Код для вставки без рекламы с прямой ссылкой на сайт
Сверхзвук, Число Маха, скачки уплотнения — Основы авиации #9
Код для вставки с рекламой без прямой ссылки на сайт
Скопируйте и вставьте этот код на свою страничку в то место, где хотите, чтобы отобразился калькулятор.
Скорость звука
Ско́рость зву́ка, скорость распространения в среде упругих волн . Определяется упругостью и плотностью среды. Для плоской гармонической волны в среде без дисперсии скорость звука равна c = ω / k > c = ω / k , где ω omega ω – частота , k boldsymbol k – волновое число . Со скоростью c c распространяется фаза гармонической волны, поэтому её называют также фазовой скоростью звука. В средах с дисперсией звука фазовая скорость различна для разных частот; в этих случаях используют понятие групповой скорости . При больших амплитудах упругой волны скорость распространения каждой точки профиля волны зависит от величины давления в этой точке, возрастая с ростом давления, что приводит к искажению формы волны (см. в статье нелинейная акустика ). Скорость звука в газах меньше, чем в жидкостях , а в жидкостях, как правило, меньше, чем в твёрдых телах . При температуре 20 °C и нормальном давлении скорость звука в воздухе составляет 343,1 м/c, в воде – 1490 м/c.
В газах и жидкостях звук распространяется в виде объёмных волн сжатия – разряжения. Если процесс распространения звука происходит адиабатически , то скорость звука равна c = x ( ∂ P / ∂ ρ ) s text= sqrt> c = x ( ∂ P / ∂ ρ ) s
, где P P – давление, ρ rho ρ – плотность вещества, индекс s s показывает, что производная берётся при постоянной энтропии . Эта скорость звука называется адиабатической.
В идеальном газе c = γ P / ρ = γ R T / μ =sqrt=sqrt c = γ P / ρ
, где R R – универсальная газовая постоянная , Т textit Т – абсолютная температура, μ mu μ – молекулярная масса газа, γ gamma γ – отношение теплоёмкостей при постоянном давлении и постоянном объёме. Это т. н. лапласова скорость звука; в газе она совпадает по порядку величины со средней тепловой скоростью движения молекул. Величина c ′ = P / ρ >=sqrt c ′ = P / ρ
называется ньютоновой скоростью звука; она определяет скорость звука при изотермическом процессе распространения, который имеет место на очень низких частотах.
В идеальном газе при заданной температуре скорость звука не зависит от давления и растёт с ростом температуры как T sqrt> T
. При комнатной температуре относительное изменение скорости звука в воздухе составляет примерно 0,17 % на 1 °C. В жидкостях скорость звука, как правило, уменьшается с ростом температуры. Исключением является вода , в которой скорость звука при комнатной температуре увеличивается с ростом температуры, достигает максимума при температуре ≈ 74 approx 74 ≈ 74 °C и уменьшается с дальнейшим ростом температуры. Скорость звука в воде растёт с увеличением давления примерно на 0,01 % на 1 атм, а также с увеличением содержания растворённых в ней солей .
В морской воде скорость звука зависит от температуры, солёности и глубины. Эти зависимости имеют сложный вид; для расчёта скорости звука используются таблицы, рассчитанные по эмпирическим формулам. Поскольку температура, давление, а иногда и солёность меняются с глубиной, то скорость звука в океане является функцией глубины. Эта зависимость в значительной степени определяет характер распространения звука в океане, в частности определяет существование подводного звукового канала .
В неограниченной твёрдой среде распространяются продольные и сдвиговые (поперечные) упругие волны. В изотропном твёрдом теле фазовая скорость для продольной волны
c l = E ( 1 − σ ) ρ ( 1 + σ ) ( 1 − 2 σ ) = K + 4 / 3 G ρ , >=sqrt< frac> =sqrt< frac>, c l = ρ ( 1 + σ ) ( 1 − 2 σ ) E ( 1 − σ )
, для сдвиговой волны
c t = E 2 ρ ( 1 + σ ) = G ρ , >=sqrt< frac> =sqrt< frac>, c t = 2 ρ ( 1 + σ ) E
где E E – модуль Юнга , G G – модуль сдвига, σ sigma σ – коэффициент Пуассона , K K – модуль объёмного сжатия. Скорость распространения продольных волн всегда больше, чем скорость сдвиговых волн, причём обычно выполняется соотношение c l > 2 c t >>sqrt > c l > 2
c t . В монокристаллах скорость звука зависит от направления распространения волны в кристалле (см. статью Кристаллоакустика ). В тех направлениях, в которых возможно распространение чисто продольных и чисто поперечных волн, в общем случае имеется одно значение c l > c l и два значения c t > c t . Если значения c t > c t различны, то соответствующие волны иногда называют быстрой и медленной поперечными волнами. В общем случае для каждого направления распространения волны в кристалле могут существовать три смешанные волны с различными скоростями распространения, которые определяются соответствующими комбинациями модулей упругости.
В металлах и сплавах скорость звука существенно зависит от предшествующей механической и термической обработки; это явление частично связано с дислокациями , наличие которых также влияет на скорость звука. В металлах, как правило, скорость звука уменьшается с ростом температуры. При переходе металла в сверхпроводящее состояние величина ∂ c ∂ T frac ∂ T ∂ c в точке перехода меняет знак. В сильных магнитных полях проявляются некоторые эффекты в зависимости скорости звука от магнитного поля, отражающие особенности поведения электронов в металле.
Измерения скорости звука используются для определения многих свойств вещества, таких как величина отношения теплоёмкостей для газов, сжимаемости газов и жидкостей, модулей упругости твёрдых тел, температуры Дебая и др. Измерение малых изменений скорости звука – чувствительный метод определения примесей в газах и жидкостях. В твёрдых телах измерение скорости звука и её зависимости от температуры, магнитного поля и других параметров позволяет исследовать строение вещества: зонную структуру полупроводников , форму ферми-поверхности в металлах и многое другое.
Редакция физических наук
Опубликовано 4 мая 2023 г. в 18:54 (GMT+3). Последнее обновление 4 мая 2023 г. в 18:54 (GMT+3). Связаться с редакцией
«Лунариум»
Время работы: с 10:00 до 21:00,
Выходной день: вторник
«Ретро-кафе»: в дни работы Планетария с 10:00 до 20:00.
> Скорость звука
- Залы Планетария
- Схема Планетария
- Экспонаты
Экспонат музея Лунариум
Скорость звука
Звук — явление распространения в виде упругих волн механических колебаний в газообразной, жидкой или твёрдой средах. Важнейшим показателем является скорость звука, которая определяется упругостью и плотностью среды. Поэтому в вакууме звук не распространяется, в газах его скорость меньше, чем в жидкостях, а в жидкостях — меньше, чем в твёрдых телах. Идея измерить скорость звука пришла учёным давно. Но попытки экспериментального определения скорости звука относятся к первой половине XVII века, когда английский учёный Фрэнсис Бэкон указал на возможность определения скорости звука путём измерения промежутка времени между вспышкой света и звуком выстрела, дошедшего до наблюдателя. Применив этот метод, исследователи получили в разные годы значение скорости звука в воздухе 350—450 м/с.
Исаак Ньютон вычислил скорость звука теоретически, исходя из упругих свойств воздуха и зависимости объема газа от давления, выраженной законом Бойля—Мариотта. Его показатель оказался намного ниже скорости, полученной в опытах. Постепенно пришло понимание, что скорость звука в воздухе зависит от многих факторов и в первую очередь — температуры, давления, влажности. Поэтому при 20 °C , нормальном атмосферном давлении и нормальной влажности скорость звука в воздухе составляет 343 м/с или 1235 км/ч.
Экспонат «Скорость звука» представляет собой пластиковую трубу длиной 100 метров, которая обмотана для наглядности вокруг столба. Нижний конец трубы соединён с рупором, который, в свою очередь, соединён с коротким шлангом, на конце которого установлен наушник. Верхний конец трубы соединён с другим шлангом, снабжённым наушником. Нужно приложить наушники к ушам и произнести громко в рупор какое-нибудь слово. В трубке с наушником, соединённым с верхним концом стометровой трубы, звук дойдёт до вас с небольшим опозданием, так как звук вашего голоса «путешествует» по воздуху внутри трубы не мгновенно, а со скоростью около 343 м/с.
Немного рекламы
Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас, оформив заказ или порекомендовав знакомым, облачные VPS для разработчиков от $4.99, уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps от $19 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).
Dell R730xd в 2 раза дешевле в дата-центре Equinix Tier IV в Амстердаме? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?
- скорость света
- скорость звука
- максимальная скорость
- водород
- межатомные связи
- твёрдое тело
- давление
- звуковые волны
- масса протона
- масса электрона
- константы
- Блог компании ua-hosting.company
- Научно-популярное
- Физика
- Химия
Особенности звука
Основные технические характеристики звука:
- шаг,
- объем звука,
- продолжительность звука,
- тембр.
Эти особенности тесно связаны с соответствующими параметрами акустической волны.
Свойства звука
Звуковая волна с помощью различных средств массовой информации движется с различной скоростью. В воздухе, волна, движется со скоростью около $300$ м/с, в воде приблизительная скорость $1500$ м/с. Звук определяется, как и другие волны, двумя физическими параметрами, частотой и длиной волны.
Нормальное человеческое ухо может слышать звуки на частоте от $16$ Гц до $20000$ Гц.
Статья: Звуковые волны. Скорость звука
Найди решение своей задачи среди 1 000 000 ответов
Таким образом, в зависимости от частоты звуковые волны подразделяются:
- инфразвук- ниже $16$ Гц,
- от $20$ Гц до $20$ кГц — границы, когда человек воспринимает звук,
- Ультразвук — выше $20$ кГц.
Рисунок 1. Подразделение звуковых волн
Как устроен мир. Скорость звука. 343. 1453
Продолжим разговор о гармонических соотношениях в окружающем нас мире.
В предыдущих статьях под заголовком «Как устроен мир» мы узнали, что многие физические процессы прокалиброваны числами из ряда Кучина, который десятичным образом связан с числами ряда Фибоначчи (см. статью Пирамида чисел Фибоначчи – Кучина. Лестница к Солнцу.)
Поговорим о звуке, вернее о скорости звука. Мы живем в мире, где звук в основном приходит к нам по воздуху. В редком случае нам доводится услышать звуки, распространяющиеся в воде, еще реже в твердых телах. Но эти сведения весьма важны для гидроакустики — и военной и гражданской, сейсмологии, геологии.
Измерение скорости звука производили многие ученые 16-18 веков. Более того, появилась отдельная наука – акустика, которая затем раздробилась на ряд самостоятельных дисциплин – акустика воздушной среды, акустика моря,и т.д.
Проблема всех современных наук – и их одновременное достижение – все более и более сложный математический аппарат, в результате за эти лесом формул и экспериментов надежно укрылась та «поляна», на которой спокойно проживает простая истина.
Попробуем преодолеть этот математический лабиринт – и обратимся к иллюстрации.
На рис. 1 показана цитата из книги академика Папалекси «Курс физики», 1948 год (академик умер в 1947 – это посмертное издание). Папалекси справедливо пишет, что первым правильную формулу для скорости звука в среде дал Лаплас. Скорость звука при 0 градусов Цельсия и давлении 760 мм. рт. ст. у Папалекси по формуле Лапласа оказалась равной 332 м/сек. Запомним этот результат.
Обратимся к рис. 2 – это таблица из современного справочника «Акустика» под ред. Сапожкова, Москва, «Радио и связь», 1989.
Для воздуха при 0 градусов Цельсия скорость звука оказывается равна 331 м/сек, что несущественно отличается от данных Папалекси.
А далее сюрприз!
ДЛЯ ВОЗДУХА ПРИ 20 ГРАДУСАХ ЦЕЛЬСИЯ СКОРОСТЬ ЗВУКА ОКАЗЫВАЕТСЯ РАВНОЙ ТОЧНО 343 М/СЕК!
Напоминаю – 343 – число из ряда Кучина.
Пропускаем строчку для Гелия в таблице (эта строчка очень любопытна — звук в гелии распространяется очень быстро — это связано с тем, что он не образует двухатомных молекул) и обнаруживаем, что для воды пресной скорость звука равна 1430 м/сек, для воды с соленостью в 3,5% – 1500 м/сек.
Это означает, что в слабосоленой воде, например в устье Дона на Азовском море и в устье Невы на Балтийском море СКОРОСТЬ ЗВУКА В ВОДЕ ОЧЕНЬ БЛИЗКА К 1453 М/СЕК – ЧИСЛУ ИЗ РЯДА КУЧИНА.
Вот такие удивительные результаты.
Много занимался акустикой великий физик австриец Мах. На рис. 3 приведена фотография полета пули, сделанная Махом после 1886 и приведенная в его «Популярных лекциях по физике». Мах стрелял из специально сделанного австрийского ружья Манлихер, у которого скорость пули превышала скорость звука в воздухе. Величину скорости звука Мах определял, как 340 м/сек, вероятно он проводил опыты на высотах 200-300 метров над уровнем моря. Опыты Маха со стрельбой из ружья привели его к большому открытию – при превышении пулей скорости звука меняется динамика ее полета – образуется ударная волна. На фотографии она представляет собой параболу воздушной волны идущую перед пулей.
Через 60 лет, после открытия Маха, ударная звуковая волна создала множество проблем для конструкторов самолетов с реактивными двигателями.
Мах писал, что ударная волна образуется на скорости 340 м/сек, в настоящее время принято считать для авиации, что образование ударной волны и преодоление звукового барьера самолет у земли в среднем выполняет при скоростях звука чуть выше – т.е. 343-344 м/сек.
Соответственно скорости современных самолетов считают в числах Маха. Если самолет летит на бреющем полете со скоростью М=2,0 – это означает, что он летит на скорости (343-344) х 2 = 686 – 688 м/сек.
1. скорость звука в воздухе в нормальных условиях равна 343 м/сек – т.е. точно равна числу из ряда Кучина.
2. скорость звука в воде при малой солености может быть весьма близка к 1450-1460 м/сек, т.е. к числу 1453 из ряда Кучина.
3. физика полета в воздушной среде изменяется на границе скоростей равных скорости звука – для нормальных условий это около 343-344 м/сек – практически на рубеже числа 343 из ряда Кучина.
Простые численные соотношения известны человечеству давно.
Но Ваши числа не простые и, тем не менее, вопрос: эти простые соотношения изначально существуют в Природе или мы упрощаем, чтобы понимать, или это просто забава?
Соотношения о которых я пишу — это вовсе не забава. Дело в том, что ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ или ПРОПОРЦИОНАЛЬНЫЕ закономерности — они вполне объяснимы некими целесообразностями, но я показываю ПРЯМЫЕ АБСОЛЮТНЫЕ ПОПАДАНИЯ многих законов природы в числа ряда Кучина. Именно не числа ряда Кучина составлены из этих законов, а законы их содержат. У меня есть объяснение этому — вполне научное, но оно не такое простое, чтобы его помещать в комментарии. К тому же это гипотеза, а я стараюсь оперировать фактами. Спасибо за интерес к публикации.
Портал Проза.ру предоставляет авторам возможность свободной публикации своих литературных произведений в сети Интернет на основании пользовательского договора. Все авторские права на произведения принадлежат авторам и охраняются законом. Перепечатка произведений возможна только с согласия его автора, к которому вы можете обратиться на его авторской странице. Ответственность за тексты произведений авторы несут самостоятельно на основании правил публикации и законодательства Российской Федерации. Данные пользователей обрабатываются на основании Политики обработки персональных данных. Вы также можете посмотреть более подробную информацию о портале и связаться с администрацией.
Ежедневная аудитория портала Проза.ру – порядка 100 тысяч посетителей, которые в общей сумме просматривают более полумиллиона страниц по данным счетчика посещаемости, который расположен справа от этого текста. В каждой графе указано по две цифры: количество просмотров и количество посетителей.
