Kategori: fysik publicerad: 12 November 2013
ljudet färdas snabbare i vatten än i luft. Ljudets hastighet i luft under typiska förhållanden är ca 343 meter per sekund, medan ljudets hastighet i vatten är ca 1 480 meter per sekund., I grund och botten är standardljud en kompressionsvåg som reser om ett material. Du kan tänka på ett material som ett rutnät av tunga bollar (som representerar atomerna) förbundna med fjädrar (som representerar bindningarna mellan atomerna). När du trycker på några bollar i gallret flyttar de närmare sina grannar på ena sidan och fjädrarna som förbinder bollarna och deras grannar komprimerar. Men de komprimerade fjädrarna studsar tillbaka och ersätter bollarna till sin ursprungliga position. I processen trycks de närliggande bollarna, vilket gör att fjädrarna förbinder dem och deras grannar att komprimera., Denna process upprepas i domino Mode och du får en kompressionsvåg reser om nätet av bollar. På ett liknande sätt är standardljud bara en kompressionsvåg som reser genom atomer och bindningar i ett material.
med komprimeringsvågens karaktär i åtanke bör det vara meningsfullt att styvare material sprider ljud vid högre hastigheter. I det metaforiska gallret av bollar och fjädrar kommer styvare fjädrar att snäppa tillbaka snabbare, vilket leder till snabbare vågutbredning. På samma sätt, i verkliga material, leder styvare kemiska bindningar mellan atomer till en snabbare ljudets hastighet., Icke-styva material som luft och vatten har relativt långsamma ljudhastigheter, medan styva material som diamant och järn har höga ljudhastigheter. Nyckelkomponenten är styvheten hos de kemiska bindningarna som är involverade och inte bara den typ av molekyler som är närvarande. Till exempel har vattenmolekyler bundna i isform en ljudets hastighet mer än dubbelt så snabbt som i flytande vatten.
Vi måste dock ta hänsyn till mer än de kemiska bindningarna (fjädrarna). Vi måste också ta hänsyn till atomerna själva (de metaforiska bollarna i gallret)., Mer massiva bollar har mer tröghet att övervinna och därför ta längre tid att svara på ett tryck från en granne. I allmänhet har tyngre material (de med högre massdensiteter) långsammare ljudhastigheter, allt annat är lika. Vid bestämning av ljudets hastighet i ett givet material tenderar materialets styvhet och densitet att fungera mot varandra. Medan fasta ämnen vanligtvis har en högre ljudhastighet än vätskor eftersom fasta ämnen är styvare än vätskor, är denna generalisering inte alltid sant eftersom densitet också spelar en roll., En lätt, styv vätska (såsom glycerol med v = 1900 m/s) kan ha en högre ljudhastighet än en tung, svampig fast (såsom gummi med V = 1600 m/s). Medan vatten är tätare än luft, är dess styvhet tillräckligt större än luft för att kompensera för den höga densiteten och göra ljudets hastighet större i vatten.
men det faktum att ljudet färdas snabbare i vatten än i luften tar bara upp nästa fråga: Varför är det svårare att prata med någon under vattnet än i luften? Svaret är att ljudpar dåligt från luft till vatten., När du pratar, gör du det genom att emittera luft och sedan skicka kompressionsvågor genom denna luft. Dina lungor ger luftbristning, och dina vibrerande vokalband och munavtryck lämplig ljudvågform på luften. För att någon under vattnet ska höra dig måste ljudvågorna gå från luften i munnen till vattnet som omger dig. Ljudvågor har svårt att gå från luft till vatten och för det mesta reflekteras vid luft-vatten-gränssnittet istället för att överföras i vattnet., Om dina lungor och luftvägar var fyllda med vatten, och om dina stämband och lungor var inställda för att hantera vatten, skulle du göra ett bättre jobb med att generera ljud under vattnet eftersom det inte längre skulle finnas ett luftvattengränssnitt.
ämnen: kompressionsvåg, reflektion, ljud, ljudvåg, ljudvågor, ljudets hastighet, styvhet, vatten, våg, vågor