Скорость распространения звука
В открытом пространстве в воздухе звук распространяется во всех направлениях. В этом случае звуковые волны имеют сферический вид и подобны световым волнам. Их можно экранировать, фокусировать и направлять в определенную сторону так же, как световые лучи от какого-либо источника.
В связи с тем, что плотность газов существенно зависит от температуры, скорость звука в газах также зависит от температуры газообразной среды.
Законами распространения звука в атмосфере занимается атмосферная акустика (см. Акустический словарь). Распространение звука в свободной атмосфере имеет ряд особенностей.
Звуковые волны, благодаря низкой теплопроводности, сжимаемости и вязкости воздуха, поглощаются тем сильнее, чем выше частота звука и чем меньше плотность атмосферы.
Поэтому резкие вблизи звуки выстрелов или взрывов на больших расстояниях становятся глухими. В соответствии с законами классической аэродинамики скорость звука с (в м/с) в воздухе можно вычислить, зная абсолютную температуру T (K), по формуле (1):
На практике скорость звука в воздухе свопределяется такжепо эмпирической формуле (2):
св = 331,4 + 0,6 • tв(2)
где,
331,4 (м/сек) — скорость звука при температуре воздуха tв = 0°С
tв — температура воздуха
0,6 — эмпирический коэффициент
При этом надо учитывать, что в воздухе в связи со сферической формой звуковых волн происходит довольно быстрое затухание звуковой энергии и соответствующее этому ослабление звука.
Скорость звука в воздухе в зависимости от его температуры, а также скорость звука в воде и различных твёрдых материалах приведены в Таблице №1.
Скорость распространения продольных звуковых волн сп зависит от упругих свойств материальной среды, в которой они распространяются, − чем эластичнее среда, тем меньше скорость распространения звуковых волн.
В противоположность сферическим звуковым волнам в частях здания, имеющих вид плит (Рис. 3), звук распространяется в виде плоских двумерных волн, аналогичных образующимся на поверхности жидкостей.
Скорость звука в воздухе в зависимости от температуры
Скорость звука
Звук распространяется посредством звуковых волн. Вибрирующий предмет передает свою вибрацию соседним молекулам или частичкам. Происходит передача движения от одной частички к другой, что приводит к появлению звуковой волны.
Средой распространения звуковых волн могут быть различные материалы — дерево, воздух, вода; следовательно, скорость распространения звуковых волн должна быть различной. Если мы говорим о скорости звука, мы должны спросить: а в какой среде? Скорость звука – это характеристика среды, в которой распространяется волна.
Скорость звука в воздухе составляет около 335 м/сек. Но это при температуре 0° С. С повышением температуры скорость распространения звука также увеличивается.
В воде звук распространяется быстрее, чем в воздухе. При температуре 8° С скорость его распространения составляет около 1435 м/сек, или около 6 тыс. км/час. В металле эта скорость достигает порядка 5000 м/сек, или 20 000 км/час.
Звук распространяется посредством звуковых волн. Вибрирующий предмет передает свою вибрацию соседним молекулам или частичкам.
Имя выдающегося поэта, мыслителя, переводчика, одного из создателей литературного азербайджанского языка Мухаммеда Физули навсегда вошло в историю Азербайджана.
Бахрам-шах был искусным охотником и хвастался своей ловкостью после очередной охоты. У шаха была прекрасная наложница по имени Фитнэ.
Радуга – одно из изумительных явлений природы. Она выглядит как разноцветная дуга или окружность, составленная из красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего и фиолетового цветов.
Отец Гаджи Зейналабдина Тагиева был башмачником. Этим он обеспечивал свою семью. Когда Зейналабдину исполнилось 10 лет, он попросил отца найти ему работу.
Гобустан, возраст которого составляет больше 15 тысяч лет, расположен недалеко от Баку. На рисунках, выгравированных на скалах Гобустана, отражены жизнь, быт и образ мышления наших предков.
Распространение звуковых волн
Традиция передачи знаний и эмоций в устной речи — одна из основ человеческой культуры. Оказывается, нам просто повезло с пространством, в котором звуковые волны распространяются так, что мы можем слышать то, что говорят другие.
В конце XVII века выдающийся голландский учёный Христиан Гюйгенс написал «Трактат о свете. В котором объяснены причины того, что с ним происходит при отражении и преломлении». В отличие от своего великого предшественника Рене Декарта, «полагавшего, что переход света совершается мгновенно» (цитата из упомянутого «Трактата»), Гюйгенс считал скорость света конечной. Это допущение позволило Гюйгенсу рассматривать с единой точки зрения вопросы распространения света и звука. Объединяющим стал термин «волна»: «Поскольку вместе с тем свет употребляет для своего прохождения некоторое время — вопрос, который мы сейчас рассмотрим, — из этого следует, что движение, сообщённое веществу, постепенно и, следовательно, распространяется так же, как и при звуке, сферическими поверхностями и волнами: я называю эти поверхности волнами по сходству с волнами, которые можно наблюдать на воде, в которую брошен камень…». В «Трактате» Гюйгенс привёл геометрическое описание того, как распространяется фронт волны — граница в пространстве, до которой дошла волна. В XIX веке математики получили формулы, выражающие решения уравнений, описывающих положение звуковой волны в пространстве, при условии, что известно её состояние в начальный момент времени. Из этих формул следовало, что помимо наличия переднего фронта волны, описываемого упомянутым принципом Гюйгенса, особенностью звуковых волн в трёхмерном пространстве является наличие заднего фронта. Возникнув в одной точке пространства, звук доходит до другой части пространства, а после покидает её и распространяется далее. Иначе говоря, моментальный источник волны остаётся моментальным при улавливании его в другой точке пространства. Данный эффект Адамар назвал принципом Гюйгенса в узком смысле. Рассмотрим принцип Гюйгенса немного подробнее. Если в некоторой точке пространства есть мгновенный источник звука, то за время $t$ звук может распространиться в шаре с центром в этой точке и радиуса $ct$, где $c$ — скорость звука. Принцип Гюйгенса в узком смысле утверждает, что в действительности в момент времени $t$ звук распространится на сферу — границу этого шара, но он не будет слышен внутри шара. Именно это свойство — наличие заднего фронта звуковой волны в трёхмерном пространстве — позволяет нам слышать друг друга. Если бы заднего фронта не было, то мы бы слышали одновременно все возможные звуки, дошедшие до нашего положения в пространстве, и они бы накладывались друг на друга. Отметим, что это свойство выполняется и для электромагнитных волн, включая световые. Выполнение принципа Гюйгенса в узком смысле — явление редкое, зависит и от типа волнового процесса, и от свойств пространства (размерность, однородность). Так, на плоскости принцип перестаёт действовать даже для волнового уравнения, а в трёхмерном пространстве не выполняется для звуковых волн, распространяющихся в неоднородной среде. Наглядный пример отсутствия заднего фронта — волны на поверхности воды: мгновенный источник фиксируется в другой точке поверхности на протяжении длительного времени. Можно наблюдать это явление, «бросая в воду камешки». Брошенный камень создаёт много расходящихся кругов, которые являются волной на поверхности воды. И эта волна, дойдя в другую точку поверхности воды, ещё долго там наблюдается. Лишь постепенно вода вновь успокаивается. Доказано, что аналоги звуковых волн удовлетворяют принципу Гюйгенса в узком смысле только в нечётномерных пространствах размерности три и выше. Адамар сформулировал проблему, до сих пор остающуюся нерешённой: найти все дифференциальные уравнения, описывающие волновые процессы, для которых выполняется принцип Гюйгенса в узком смысле. Замечательно, что некоторые примеры таких уравнений в пространствах высоких размерностей можно получить с помощью правильных многогранников.
Как распространяется звук
Мы знаем, что звук распространяется по воздуху. Именно потому мы и можем слышать. В вакууме никаких звуков существовать не может. Но если звук передается по воздуху, вследствие взаимодействия его частиц, не будет ли он передаваться и другими веществами? Будет.
Распространение и скорость звука в разных средах
Звук передается не только воздухом. Наверное, все знают, что если приложить ухо к стене, то можно услышать разговоры в соседней комнате. В данном случае звук передается стеною. Звуки распространяются и в воде, и в других средах. Более того, распространение звука в различных средах происходит по-разному. Скорость звука различается в зависимости от вещества.
Любопытно, что скорость распространения звука в воде почти в четыре раза выше, чем в воздухе. То есть, рыбы слышат «быстрее», чем мы. В металлах и стекле звук распространяется еще быстрее. Это происходит потому, что звук это колебания среды, и звуковые волны передаются быстрее в средах с лучшей проводимостью.
Плотность и проводимость воды больше, чем у воздуха, но меньше, чем у металла. Соответственно, и звук передается по-разному. При переходе из одной среды в другую скорость звука меняется.
Длина звуковой волны также меняется при ее переходе из одной среды в другую. Прежней остается лишь ее частота. Но именно поэтому мы и можем различить, кто конкретно говорит даже сквозь стены.
Так как звук это колебания, то все законы и формулы для колебаний и волн хорошо применимы к звуковым колебаниям. При расчете скорости звука в воздухе следует учитывать и то, что эта скорость зависит от температуры воздуха. При увеличении температуры скорость распространения звука возрастает. При нормальных условиях скорость звука в воздухе составляет 340 344 м/с.
Звуковые волны
Звуковые волны, как известно из физики, распространяются в упругих средах. Именно поэтому звуки хорошо передаются землей. Приложив ухо к земле, можно издалека услышать звук шагов, топот копыт и так далее.
В детстве все наверняка развлекались, прикладывая ухо к рельсам. Стук колес поезда передается по рельсам на несколько километров. Для создания обратного эффекта звукопоглощения, используют мягкие и пористые материалы.
Например, чтобы защитить от посторонних звуков какое-либо помещение, либо, наоборот, чтобы не допустить выхода звуков из комнаты наружу, помещение обрабатывают, звукоизолируют. Стены, пол и потолок обивают специальными материалами на основе вспененных полимеров. В такой обивке очень быстро затихают все звуки.
Еще один пример различной проводимости это рыбалка. Звуки в воде распространяются очень хорошо и быстро. Именно по этой причине, чтобы не распугать рыбу, необходимо соблюдать тишину и не стучать, и не топать. Рыба очень чувствительна к таким колебаниям и быстро уплывает, чувствуя опасность.