De Lydens hastighet Det tilsvarer hastigheten som langsgående bølger forplanter seg i et gitt medium, og produserer suksessive kompresjoner og utvidelser, som hjernen tolker som lyd.
Dermed beveger lydbølgen en viss avstand per tidsenhet, som avhenger av mediet den beveger seg gjennom. Faktisk krever lydbølger et materialmedium for at kompresjonene og utvidelsene vi nevnte i begynnelsen skulle finne sted. Det er derfor lyd ikke forplanter seg i et vakuum.
Men siden vi lever nedsenket i et hav av luft, har lydbølger et medium å bevege seg på og som tillater hørsel. Lydhastigheten i luft og ved 20 ° C er omtrent 343 m / s (1087 ft / s), eller ca 1242 km / t hvis du foretrekker det.
For å finne lydhastigheten i et medium, må du vite litt om egenskapene til dette.
Siden materialmediet modifiseres vekselvis slik at lyden kan forplante seg, er det godt å vite hvor lett eller vanskelig det er å deformere det. Modulen for komprimerbarhet B tilbyr oss den informasjonen.
På den annen side er tettheten til mediet, betegnet som ρ det vil også være aktuelt. Ethvert medium har en treghet som oversettes til motstand mot passering av lydbølger, i hvilket tilfelle hastigheten blir lavere.
Artikkelindeks
Lydens hastighet i et medium avhenger av dets elastiske egenskaper, og av tregheten den gir. Være v lydens hastighet, generelt er det sant at:
Hookes lov sier at deformasjonen i mediet er proporsjonal med spenningen som påføres det. Proportionalitetskonstanten er nettopp komprimerbarhetsmodulen eller volumetriske modulen til materialet, som er definert som:
B = - Spenning / belastning
Stamme er endringen i volum DV delt på originalvolum Veller. Siden det er kvotienten mellom volumene, mangler den dimensjoner. Minustegnet før B det betyr at det endelige volumet er mindre enn det opprinnelige før innsatsen, som er en økning i trykk. Med alt dette får vi:
B = -ΔP / (ΔV / Veller)
I en gass er den volumetriske modulen proporsjonal med trykket P, å være konstant av proporsjonalitet γ, kalt den adiabatiske gasskonstanten. På denne måten:
B = γP
Enhetene til B er det samme som trykk. Endelig er hastigheten som:
Forutsatt at mediet er en ideell gass, kan vi erstatte trykket P i det gitte uttrykket for hastighet. For ideelle gasser er det sant at:
La oss nå se hva som skjer hvis mediet er et utvidet solid. I dette tilfellet må en annen egenskap for mediet tas i betraktning, som er dets respons på skjær- eller skjærspenning:
Som vi har sett, kan lydens hastighet i et medium bestemmes ved å kjenne egenskapene til det mediet. Svært elastiske materialer lar lyd spre seg lettere, mens tettere motstår.
Temperatur er en annen viktig faktor. Fra ligningen for lydhastigheten i en ideell gass, kan det sees at jo høyere temperaturen T, høyere hastighet. Som alltid, jo høyere molekylmasse M, lavere hastighet.
Av denne grunn er lydhastigheten ikke strengt konstant, siden atmosfæriske forhold kan innføre variasjoner i verdien. Det er å forvente at lydhastigheten vil avta ved høyere høyder over havet, hvor temperaturen blir lavere og lavere..
Det anslås at i luft øker lydhastigheten med 0,6 m / s for hver 1 ° C som temperaturen stiger. I vann øker den 2,5 m / s for hver 1 ° C høyde.
Bortsett fra faktorene som allerede er nevnt - elastisitet, tetthet og temperatur - er det andre som griper inn i forplantningen av lydbølger avhengig av mediet, for eksempel:
-Luftfuktighet
-Vanninnhold
-Press
Av det som er blitt sagt ovenfor følger det at temperaturen virkelig er en avgjørende faktor i lydhastigheten i et medium..
Når stoffet varmes opp, blir molekylene raskere og klarer å kollidere oftere. Og jo mer de kolliderer, jo større er lydhastigheten inne..
Lyder som reiser gjennom atmosfæren er vanligvis veldig interessante, siden vi er nedsenket i den og bruker mesteparten av tiden. I dette tilfellet er forholdet mellom lydhastigheten og temperaturen som følger:
331 m / s er lydhastigheten i luft ved 0 º C. Ved 20 ºC, som tilsvarer 293 kelvin, er lydhastigheten 343 m / s, som nevnt i begynnelsen.
Mach-tallet er en dimensjonsløs størrelse som er gitt av kvotienten mellom hastigheten på et objekt, vanligvis et fly, og lydens hastighet. Det er veldig praktisk å vite hvor raskt et fly beveger seg med hensyn til lyd.
Være M Mach-nummer, V hastigheten på objektet - flyet - og vs lydens hastighet, har vi:
M = V / vs
For eksempel, hvis et fly beveger seg på Mach 1, er hastigheten den samme som lyden, hvis den beveger seg ved Mach 2 er den dobbelt så rask, og så videre. Noen eksperimentelle ubemannede militære fly har til og med nådd Mach 20.
Lyd beveger seg nesten alltid raskere i faste stoffer enn i væsker, og i sin tur er det raskere i væsker enn i gasser, selv om det er noen unntak. Den avgjørende faktoren er elastisiteten til mediet, som er større etter hvert som kohesjonen mellom atomene eller molekylene som utgjør det øker..
For eksempel vandrer lyd raskere i vann enn i luft. Dette merkes umiddelbart når du senker hodet i sjøen. Lydene fra fjerne båtmotorer er lettere å høre enn når de er ute av vannet.
Nedenfor er lydhastigheten for forskjellige medier, uttrykt i m / s:
Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.