Jaka jest prędkość dźwięku i jak ją znaleźli?

Filozofowie przez wiele lat pytali: „jeżeli drzewo spada w lesie i nie ma nikogo, kto by je usłyszał, to czy wydaje dźwięk?”. Naukowcy odpowiedzieli na to pytanie i przystąpili do ustalenia, jak szybko rozchodzi się ten dźwięk. Obliczenie tej prędkości nie było tak proste, jak się wydawało. W przeciwieństwie do prędkości światła prędkość dźwięku nie jest stała, a różne zmienne zmieniają prędkość, z jaką się porusza. Naukowcy wytrwali i teraz rozumieją, jak działa dźwięk, czy to głos sopranu, czy spadające na ziemię drzewo.

Co to jest dźwięk?

Dźwięk to energia wytworzona przez wibracje. Gdy obiekty wibrują, wprawiają w drgania otaczające je cząstki, co z kolei powoduje wibrowanie większej liczby cząstek. To jest fala dźwiękowa. Na przykład, jeśli drzewo upadnie na ziemię, wibracje wywołane jego lądowaniem tworzą falę dźwiękową. Fale dźwiękowe trwają, dopóki nie zabraknie im energii, a jeśli w zasięgu fali znajdują się uszy, rzeczywiście można je usłyszeć.

jak zrobić dinozaura w małej alchemii

Jaka jest prędkość dźwięku?

Mówiąc o prędkości dźwięku, większość ludzi ma na myśli prędkość, z jaką fale dźwiękowe przemieszczają się w powietrzu. W temperaturze 68 stopni Fahrenheita, w suchym środowisku, prędkość dźwięku wynosi około 767 mil na godzinę. Prędkość zmienia się w różnych temperaturach, a także zmienia się w zależności od gazów obecnych w powietrzu.

Prawo strun

W VI wieku p.n.e. filozof, matematyk i lirarz Pitagoras spędził czas na badaniu sposobu, w jaki działa dźwięk. Legenda głosi, że jego praca nad dźwiękiem została zainspirowana sposobem, w jaki różnej wielkości młotki tworzą różne dźwięki w warsztacie kowalskim. Bardziej prawdopodobne jest, że eksperymenty z długością strun liry zainspirowały go do odkrycia, że ​​częstotliwość jest odwrotnie proporcjonalna do długości strun. Jest znana jako pierwsza zasada strun i jest jedną z pierwszych zarejestrowanych prac o falach dźwiękowych.

Sir Isaac Newton

Sir Isaac Newton jako pierwszy opublikował prędkość dźwięku. Stojąc w kolumnadzie w Trinity College, Newton klasnął w dłonie i zmierzył, jak długo trwało, zanim dźwięk dotarł do jego uszu. Bez nowoczesnego sprzętu pomiarowego do pomiaru czasu oparł się na wahadle. Jego liczba opublikowana w Principia Mathematica spadła o około 15 procent. Formuła opracowana przez Newtona została ulepszona przez Pierre-Simon Laplace i jest znana jako równanie Newtona-Laplace'a.

Pomiar prędkości dźwięku za pomocą strzałów

Na początku XVIII wieku wielebny William Durham przeprowadził eksperymenty, aby zmierzyć prędkość dźwięku. Kiedy stał w wieży z lunetą, asystenci strzelali do wielu lokalnych punktów orientacyjnych. Durham obserwował błysk wystrzału i wahadełkiem zmierzył, ile czasu zajęło mu usłyszenie dźwięku. Ponieważ znał odległości, prędkość dźwięku można było obliczyć i jest ona uważana za najwcześniejsze dość dokładne oszacowanie.

Pomiar prędkości dźwięku za pomocą tuby Kundta

August Kundt wynalazł tubę Kundta w 1866 roku. Aparat składa się z przezroczystej tuby zawierającej niewielką ilość drobnego proszku. Kiedy na jednym końcu tuby powstaje dźwięk, proszek jest poruszany przez fale dźwiękowe. Osadza się w równomiernie rozmieszczonych odstępach w rurze, w zależności od długości fali. Pomiar odległości między stosami proszku pozwala obliczyć prędkość dźwięku. Napełnianie rurki Kundta różnymi gazami umożliwia pomiar prędkości dźwięku w różnych mediach.

Pomiar prędkości dźwięku za pomocą mikrofonów

Obecnie najprostszym sposobem pomiaru prędkości dźwięku jest użycie dwóch mikrofonów. Podstawowa koncepcja jest taka sama jak w przypadku strzelb Durhama, ale stopery i urządzenia do szybkiego nagrywania pozwalają na skrócenie odległości między źródłem dźwięku a urządzeniem pomiarowym. Dźwięk może być również cichszy niż wystrzał ze strzelby.

Skutki wysokości

Największy wpływ na prędkość dźwięku ma temperatura. W każdym gazie idealnym, o stałym składzie, prędkość dźwięku zależy wyłącznie od temperatury. Dźwięk zwalnia wraz ze spadkiem temperatury, co oznacza, że ​​fale dźwiękowe poruszają się wolniej na większych wysokościach. Dlatego ogólna prędkość dźwięku jest mierzona na poziomie morza i oparta na określonej temperaturze.

jak zrobić francuskie warkocze

Dźwięk w różnych substancjach

Ponieważ dźwięk jest tworzony przez wibracje cząstek, do poruszania się wymaga medium. Oznacza to, że w próżni nie ma dźwięku, ale oznacza to również, że dźwięk może przenikać przez substancje inne niż powietrze. W rzeczywistości dźwięk porusza się najwolniej przez gazy. Porusza się ponad cztery razy szybciej w wodzie i 15 razy szybciej przez żelazo.

Przełamywanie bariery dźwięku

Chociaż wcześni inżynierowie aeronautyki wierzyli, że prędkość dźwięku jest barierą nie do pokonania, obiekty stworzone przez człowieka po raz pierwszy przełamały ją wieki temu. Trzask słyszany z byczego bicza to huk dźwiękowy i nawet wczesne pociski leciały szybciej niż prędkość dźwięku. Chuck Yaeger stał się pierwszą osobą, która leciała szybciej niż dźwięk w locie poziomym w 1947 roku. W 2012 roku Felix Baumgartner został pierwszą osobą, która podróżowała szybciej niż dźwięk bez pojazdu, gdy skoczył na spadochronie z wysokości 120 000 stóp.