Category: Physics Published: November 12, 2013
Il suono viaggia più velocemente in acqua che in aria. La velocità del suono nell’aria in condizioni tipiche è di circa 343 metri al secondo, mentre la velocità del suono nell’acqua è di circa 1.480 metri al secondo., Fondamentalmente, il suono standard è un’onda di compressione che viaggia attraverso un materiale. Puoi pensare a un materiale come una griglia di palle pesanti (che rappresentano gli atomi) collegate da molle (che rappresentano i legami tra gli atomi). Quando spingi alcune palle nella griglia, si avvicinano ai loro vicini da un lato e le molle che collegano le palle e i loro vicini si comprimono. Ma le molle compresse rimbalzano, sostituendo le palle nella loro posizione originale. Nel processo, tuttavia, le palle vicine vengono spinte, causando la compressione delle molle che collegano loro e i loro vicini., Questo processo si ripete in modo domino e si ottiene un’onda di compressione che viaggia attraverso la griglia di palle. In modo simile, il suono standard è solo un’onda di compressione che viaggia attraverso gli atomi e i legami in un materiale.
Con la natura dell’onda di compressione del suono in mente, dovrebbe avere senso che materiali più rigidi propagano il suono a velocità più elevate. Nella griglia metaforica di palle e molle, molle più rigide scattano indietro più velocemente, portando a una propagazione delle onde più veloce. Allo stesso modo, nei materiali reali, legami chimici più rigidi tra gli atomi portano a una maggiore velocità del suono., I materiali non rigidi come l’aria e l’acqua hanno velocità relativamente basse del suono, mentre i materiali rigidi come il diamante e il ferro hanno alte velocità del suono. Il componente chiave è la rigidità dei legami chimici coinvolti e non solo il tipo di molecole che sono presenti. Ad esempio, le molecole d’acqua legate in forma di ghiaccio hanno una velocità del suono più del doppio rispetto all’acqua liquida.
Tuttavia, dobbiamo prendere in considerazione più dei legami chimici (le molle). Dobbiamo anche prendere in considerazione gli atomi stessi (le palle metaforiche nella griglia)., Le palle più massicce hanno più inerzia da superare e quindi richiedono più tempo per rispondere a una spinta da un vicino. In generale, i materiali più pesanti (quelli con densità di massa più elevate) hanno velocità di suono più basse, tutto il resto è uguale. Nel determinare la velocità del suono in un dato materiale, la rigidità e la densità del materiale tendono a lavorare l’una contro l’altra. Mentre i solidi di solito hanno una maggiore velocità del suono rispetto ai liquidi perché i solidi sono più rigidi dei liquidi, questa generalizzazione non è sempre vera perché anche la densità gioca un ruolo., Un liquido leggero e rigido (come il glicerolo con v = 1900 m/s) può avere una velocità di suono più elevata di un solido pesante e spugnoso (come la gomma con v = 1600 m/s). Mentre l’acqua è più densa dell’aria, la sua rigidità è abbastanza maggiore dell’aria per compensare l’alta densità e rendere maggiore la velocità del suono in acqua.
Ma il fatto che il suono viaggi più velocemente in acqua che in aria solleva solo la prossima domanda: perché è più difficile parlare con qualcuno sott’acqua che in aria? La risposta è che le coppie del suono male dall’aria all’acqua., Quando parli, lo fai emettendo aria e poi inviando onde di compressione attraverso quest’aria. I polmoni forniscono la raffica d’aria, e le corde vocali vibranti e la bocca imprimono la forma d’onda sonora appropriata sull’aria. Affinché qualcuno sott’acqua ti senta, le onde sonore devono passare dall’aria in bocca all’acqua che ti circonda. Le onde sonore hanno difficoltà a passare dall’aria all’acqua e per lo più si riflettono nell’interfaccia aria-acqua invece di essere trasmesse nell’acqua., Se i polmoni e le vie aeree fossero pieni d’acqua, e se le corde vocali e i polmoni fossero sintonizzati per gestire l’acqua, faresti un lavoro migliore nel generare il suono sott’acqua poiché non ci sarebbe più un’interfaccia aria-acqua.
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