Kategorie: Physik Veröffentlicht: November 12, 2013
Schall bewegt sich schneller im Wasser als in der Luft. Die Schallgeschwindigkeit in der Luft beträgt unter typischen Bedingungen etwa 343 Meter pro Sekunde, während die Schallgeschwindigkeit in Wasser etwa 1.480 Meter pro Sekunde beträgt., Grundsätzlich ist Standardschall eine Kompressionswelle, die sich durch ein Material bewegt. Sie können sich ein Material als ein Gitter aus schweren Kugeln (die die Atome darstellen) vorstellen, die durch Federn verbunden sind (die die Bindungen zwischen den Atomen darstellen). Wenn Sie auf ein paar Kugeln im Gitter drücken, bewegen sie sich auf einer Seite näher an ihre Nachbarn heran und die Federn, die die Kugeln und ihre Nachbarn verbinden, komprimieren sich. Aber die komprimierten Federn springen zurück und ersetzen die Kugeln in ihre ursprüngliche Position. Dabei werden jedoch die benachbarten Kugeln geschoben, wodurch die Federn, die sie und ihre Nachbarn verbinden, zusammengedrückt werden., Dieser Vorgang wiederholt sich auf Domino-Weise und Sie erhalten eine Kompressionswelle, die durch das Gitter der Kugeln wandert. In ähnlicher Weise ist Standardschall nur eine Kompressionswelle, die durch die Atome und Bindungen in einem Material wandert.
Im Hinblick auf die Kompressionswellennatur des Schalls sollte es sinnvoll sein, dass steifere Materialien Schall mit höheren Geschwindigkeiten verbreiten. Im metaphorischen Gitter aus Kugeln und Federn schnappen steifere Federn schneller zurück, was zu einer schnelleren Wellenausbreitung führt. In ähnlicher Weise führen steifere chemische Bindungen zwischen Atomen in realen Materialien zu einer schnelleren Schallgeschwindigkeit., Nicht steife Materialien wie Luft und Wasser haben relativ langsame Schallgeschwindigkeiten, während steife Materialien wie Diamant und Eisen hohe Schallgeschwindigkeiten aufweisen. Die Schlüsselkomponente ist die Steifigkeit der beteiligten chemischen Bindungen und nicht nur die Art der vorhandenen Moleküle. Zum Beispiel haben Wassermoleküle, die in Eisform gebunden sind, eine Schallgeschwindigkeit, die mehr als doppelt so schnell ist wie in flüssigem Wasser.
Wir müssen jedoch mehr berücksichtigen als die chemischen Bindungen (die Federn). Wir müssen auch die Atome selbst berücksichtigen (die metaphorischen Kugeln im Gitter)., Massivere Bälle haben mehr Trägheit zu überwinden und brauchen daher länger, um auf einen Stoß eines Nachbarn zu reagieren. Im Allgemeinen haben schwerere Materialien (solche mit höheren Massendichten) langsamere Schallgeschwindigkeiten, wobei alle anderen gleich sind. Bei der Bestimmung der Schallgeschwindigkeit in einem gegebenen Material neigen Steifigkeit und Dichte des Materials dazu, gegeneinander zu arbeiten. Während Feststoffe normalerweise eine höhere Schallgeschwindigkeit als Flüssigkeiten haben, weil Feststoffe steifer als Flüssigkeiten sind, trifft diese Verallgemeinerung nicht immer zu, da auch die Dichte eine Rolle spielt., Eine leichte, steife Flüssigkeit (wie Glycerin mit v = 1900 m/s) kann eine höhere Schallgeschwindigkeit aufweisen als ein schwerer, schwammiger Feststoff (wie Gummi mit v = 1600 m/s). Während Wasser dichter als Luft ist, ist seine Steifigkeit größer als Luft, um die hohe Dichte auszugleichen und die Schallgeschwindigkeit im Wasser zu erhöhen.
Aber die Tatsache, dass Schall im Wasser schneller als in der Luft wandert, wirft nur die nächste Frage auf: Warum ist es schwieriger, mit jemandem unter Wasser als in der Luft zu sprechen? Die Antwort ist, dass der Ton schlecht von Luft zu Wasser wechselt., Wenn Sie sprechen, tun Sie dies, indem Sie Luft aussenden und dann Kompressionswellen durch diese Luft senden. Ihre Lungen sorgen für den Luftstoß und Ihre vibrierenden Stimmbänder und Ihr Mund prägen die entsprechende Schallwellenform in der Luft. Damit dich jemand unter Wasser hören kann, müssen die Schallwellen aus der Luft in deinem Mund in das dich umgebende Wasser gehen. Schallwellen haben es schwer, von der Luft ins Wasser zu gelangen und werden meist an der Luft-Wasser-Schnittstelle reflektiert, anstatt ins Wasser übertragen zu werden., Wenn Ihre Lungen und Atemwege mit Wasser gefüllt wären und Ihre Stimmbänder und Lungen auf den Umgang mit Wasser abgestimmt wären, würden Sie besser unter Wasser Schall erzeugen, da es keine Luft-Wasser-Schnittstelle mehr gäbe.
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