Kategoria: Fizyka opublikowano: 12 listopada 2013
dźwięk podróżuje szybciej w wodzie niż w powietrzu. Prędkość dźwięku w powietrzu w typowych warunkach wynosi około 343 metrów na sekundę, podczas gdy prędkość dźwięku w wodzie wynosi około 1480 metrów na sekundę., Zasadniczo standardowy dźwięk to fala kompresji poruszająca się przez materiał. Można myśleć o materiale jako siatce ciężkich kul (reprezentujących Atomy) połączonych sprężynami (reprezentujących wiązania między atomami). Kiedy naciskasz na kilka kulek w siatce, zbliżają się do swoich sąsiadów z jednej strony, a sprężyny łączące kulki i ich sąsiadów kompresują. Ale sprężone sprężyny odbijają się, zastępując kulki do ich pierwotnej pozycji. W procesie jednak sąsiednie kulki zostają popchnięte, powodując kompresję sprężyn łączących je i ich sąsiadów., Proces ten powtarza się w sposób domina i otrzymujesz falę kompresji podróżującą przez siatkę kulek. W podobny sposób dźwięk Standardowy to po prostu fala kompresji przemieszczająca się przez atomy i wiązania w materiale.
mając na uwadze kompresyjno-falową naturę dźwięku, powinno mieć sens, aby sztywniejsze materiały propagowały dźwięk przy wyższych prędkościach. W metaforycznej siatce kulek i sprężyn, sztywniejsze sprężyny szybciej się cofają, co prowadzi do szybszego propagacji fali. Podobnie w materiałach rzeczywistych, sztywniejsze wiązania chemiczne między atomami prowadzą do szybszej prędkości dźwięku., Niesztywne materiały, takie jak powietrze i woda, mają stosunkowo niskie prędkości dźwięku, podczas gdy sztywne materiały, takie jak diament i żelazo, mają wysokie prędkości dźwięku. Kluczowym składnikiem jest sztywność wiązań chemicznych, a nie tylko rodzaj cząsteczek, które są obecne. Na przykład cząsteczki wody związane w postaci lodu mają prędkość dźwięku ponad dwa razy szybszą niż w ciekłej wodzie.
musimy jednak wziąć pod uwagę więcej niż wiązania chemiczne (sprężyny). Musimy również wziąć pod uwagę same Atomy (metaforyczne kulki w siatce)., Bardziej masywne kulki mają większą bezwładność do pokonania, a zatem dłużej reagują na pchnięcie sąsiada. Ogólnie rzecz biorąc, cięższe materiały (te o większej gęstości masy) mają wolniejsze prędkości dźwięku, wszystkie inne są równe. Przy określaniu prędkości dźwięku w danym materiale sztywność i gęstość materiału mają tendencję do wzajemnego oddziaływania. Podczas gdy ciała stałe zwykle mają większą prędkość dźwięku niż ciecze, ponieważ ciała stałe są sztywniejsze niż ciecze, to uogólnienie nie zawsze jest prawdziwe, ponieważ gęstość również odgrywa rolę., Lekka, sztywna ciecz (np. glicerol O v = 1900 m/s) może mieć większą prędkość dźwięku niż ciężkie, gąbczaste ciało stałe (np. guma o v = 1600 m/s). Podczas gdy woda jest gęstsza niż powietrze, jej sztywność jest wystarczająco większa niż powietrze, aby zrekompensować wysoką gęstość i zwiększyć prędkość dźwięku w wodzie.
ale fakt, że dźwięk porusza się szybciej w wodzie niż w powietrzu, rodzi kolejne pytanie: dlaczego trudniej rozmawiać z kimś pod wodą niż w powietrzu? Odpowiedź jest taka, że dźwięk par słabo z powietrza do wody., Kiedy mówisz, robisz to emitując powietrze, a następnie wysyłając fale kompresji przez to powietrze. Twoje płuca dostarczają powietrze, a wibrujące struny głosowe i usta odciskają odpowiedni kształt fali dźwiękowej na powietrzu. Aby ktoś pod wodą mógł cię usłyszeć, fale dźwiękowe muszą przejść z powietrza w ustach do otaczającej Cię wody. Fale dźwiękowe mają trudności z przechodzeniem z powietrza do wody i najczęściej odbijają się na styku powietrze-woda, zamiast być przenoszone do wody., Jeśli twoje płuca i drogi oddechowe były wypełnione wodą, a struny głosowe i płuca były dostrojone do obsługi wody, wykonałbyś lepszą pracę generowania dźwięku pod wodą, ponieważ nie byłoby już interfejsu powietrze-woda.
tematyka: fala kompresji, odbicie, dźwięk, fala dźwiękowa, fale dźwiękowe, prędkość dźwięku, sztywność, woda, fala, fale