Скорость звука в различных средах

Понятие о звуке

Звуковые волны в воздухе — чередующиеся области сжатия и разрежения.

Звуковые волны могут служить примером колебательного процесса. Всякое колебание связано с нарушением равновесного состояния системы и выражается в отклонении её характеристик от равновесных значений с последующим возвращением к исходному значению. Для звуковых колебаний такой характеристикой является давление в точке среды, а её отклонение — звуковым давлением.

Если произвести резкое смещение частиц упругой среды в одном месте, например с помощью поршня, то в этом месте увеличится давление. Благодаря упругим связям частиц давление передаётся на соседние частицы, которые, в свою очередь, воздействуют на следующие, и область повышенного давления как бы перемещается в упругой среде. За областью повышенного давления следует область пониженного давления, и, таким образом, образуется ряд чередующихся областей сжатия и разрежения, распространяющихся в среде в виде волны. Каждая частица упругой среды в этом случае будет совершать колебательные движения.

В жидких и газообразных средах, где отсутствуют значительные колебания плотности, акустические волны имеют продольный характер, то есть направление колебания частиц совпадает с направлением перемещения волны. В твёрдых телах, помимо продольных деформаций, возникают также упругие деформации сдвига, обусловливающие возбуждение поперечных (сдвиговых) волн; в этом случае частицы совершают колебания перпендикулярно направлению распространения волны. Скорость распространения продольных волн значительно больше скорости распространения сдвиговых волн.

В философии, психологии и экологии средств коммуникации звук исследуется в связи с его воздействием на восприятие и мышление (речь идёт, например, об акустическом пространстве как пространстве, создаваемом воздействием электронных средств коммуникации).

Характеристики звука

Различают две основные характеристики звука: громкость и высоту. Первая из них связана с интенсивностью упругой звуковой волны. Существует и другой важный показатель. Физической величиной, которая характеризует высоту, является частота колебаний упругой волны. При этом действует одно правило: чем она больше, тем звук выше, и наоборот. Еще одной важнейшей характеристикой является скорость звука. В разных средах она бывает различной. Она представляет собой скорость распространения упругих звуковых волн. В газовой среде этот показатель будет меньше, чем в жидкостях. Скорость звука в твердых телах самая высокая. При этом для волн продольных она всегда больше, чем для поперечных.

Чему равна скорость света

Свет распространяется  — 299 792 458 м/с, в более привычном нам километровом эквиваленте это 1 079 252 848,8 км/ч, но для простоты оперирования эту сложную цифру принято округлять и считать, что она составляет 300 тысяч км/с. Скорость света — максимальная величина распространения чего-либо в нашей вселенной. Но самое интересное во всем этом то, что она абсолютно не зависит от скорости движения источника, излучающего ее.   Как же обстоят дела в нашем мире? Разница темпа брошенного тела и объекта, с которого его бросили может увеличиваться или уменьшаться, в зависимости от того, в какое ускорение был совершен бросок. Давайте рассмотрим пример: вы едете на автомобиле, скорость которого составляет 100 км в час и бросаете камень по ходу движения (примем скорость запущенного камня в 10 км/ч), для стороннего наблюдателя, который стоит на обочине, камень будет лететь уже со скоростью – 110 км/ч. В данном случае скорость броска и автомобиля суммируются. Но это не касается скорости света. В какую бы сторону не летел источник, свет будет распространяться с одинаковой быстротой, он не ускорится и не замедлится. В этом и состоит парадокс. По крайней мере так думали раньше, но как же обстоят дела сейчас? Об этом немного позже…

Формулы скорости звука

Для газообразных сред и жидкостей, в которых звук распространяется, как правило, адиабатически, изменение температуры, связанное с растяжениями и со сжатиями в продольной волне, не может быстро выравниваться за короткий период времени. Очевидно, что на этот показатель влияет несколько факторов. Скорость звуковой волны в однородной газовой среде или жидкости определяется по следующей формуле:

где β — адиабатическая сжимаемость, ρ — плотность среды.

В частных производных данная величина считается по такой формуле:

c 2 = -υ 2 (δρ/δυ) S = -υ 2 Cp/Cυ (δρ/δυ) T ,

где ρ, T, υ — давление среды, ее температура и удельный объем; S — энтропия; Cp — изобарная теплоемкость; Cυ — изохорная теплоемкость. Для газовых сред эта формула будет выглядеть таким образом:

c 2 = ζkT/m= ζRt/M = ζR(t + 273,15)/M = ά 2 T,

где ζ — величина адиабаты: 4/3 для многоатомных газов, 5/3 для одноатомных, 7/5 для двухатомных газов (воздух); R — газовая постоянная (универсальная); T — абсолютная температура, измеряемая в кельвинах; k — постоянная Больцмана; t — температура в °С; M — молярная масса; m — молекулярная масса; ά 2 = ζR/ M.

Скорость звука в воде

В чистой воде скорость звука составляет около 1500 м/с (см. опыт Колладона—Штурма) и увеличивается с ростом температуры. Прикладное значение имеет также скорость звука в солёной воде океана. Скорость звука увеличивается в более солёной и более тёплой воде. При большем давлении скорость также возрастает, то есть чем глубже, тем скорость звука больше. Разработано несколько эмпирических формул для вычисления скорости распространения звука в воде.

Например, формула Вильсона 1960 года для нулевой глубины даёт следующее значение скорости звука:

c=1449,2+4,623(T)−,0546(T2)+1,39(S−35),{\displaystyle c=1449,2+4,623(T)-0,0546(T^{2})+1,39(S-35),}

где c{\displaystyle c} — скорость звука в метрах в секунду, T{\displaystyle T} — температура в градусах Цельсия, S{\displaystyle S} — солёность в промилле.

Иногда также пользуются упрощённой формулой Лероя:

c=1492,9+3(T−10)−,006(T−10)2−,04(T−18)2+1,2(S−35)−,01(T−18)(S−35)+z61,{\displaystyle c=1492,9+3(T-10)-0,006(T-10)^{2}-0,04(T-18)^{2}+1,2(S-35)-0,01(T-18)(S-35)+z/61,}

где z{\displaystyle z} — глубина в метрах. Эта формула обеспечивает точность порядка 0,1 м/с для T<+20{\displaystyle T<+20} °C и z<800{\displaystyle z<800} м.

При температуре +24 °C, солёности 35 промилле и нулевой глубине скорость звука равна около 1532,3 м/c. При T=+4{\displaystyle T=+4} °C, глубине 100 м и той же солёности скорость звука равна 1468,5 м/с.

Сверхзвуковые наземные машины

На сегодняшний день только один наземный транспорт официально путешествовал со сверхзвуковой скоростью. Это ThrustSSC , управляемый Энди Грином , который удерживает мировой рекорд скорости на суше, достигнув средней скорости на своем двунаправленном беге 1228 км / ч (763 миль / ч) в пустыне Блэк-Рок 15 октября 1997 года.

В рамках проекта Bloodhound LSR в 2020 году планируется попытка установления рекорда на месторождении Хакскин Пан в Южной Африке с комбинированным реактивным двигателем и гибридным ракетным двигателем. Цель состоит в том, чтобы побить существующий рекорд, а затем предпринять дальнейшие попытки, во время которых команда надеется достичь скорости до 1600 км / ч (1000 миль в час). Первоначально эту работу возглавлял Ричард Ноубл, который был лидером проекта ThrustSSC, однако из-за проблем с финансированием в 2018 году команда была куплена Яном Уорхерстом и переименована в Bloodhound LSR. В новом проекте сохранены многие из первоначального инженерного состава Bloodhound SSC, а Энди Грин по-прежнему является лидером в попытках установить рекорд, а испытания на высоких скоростях, как ожидается, начнутся в октябре 2019 года.

Градиенты

Когда выведывают распространения равномерно во всех направлениях в трех измерениях, падения интенсивности пропорции к обратному квадрату расстояния. Однако в океане есть слой, названный ‘каналом низкого звука’ или каналом SOFAR, который может ограничить звуковые волны на особой глубине.

В канале SOFAR скорость звука ниже, чем это в слоях выше и ниже. Так же, как световые волны преломят к области более высокого индекса, звуковые волны преломят к области, где их скорость уменьшена. Результат состоит в том, что звук заключен в слое, очень способ, которым свет может быть заключен в листе стекла или оптоволокне. Таким образом звук заключен в по существу двух размерах. В двух размерах интенсивность заглядывает пропорции к только инверсии расстояния. Это позволяет волнам ехать гораздо дальше перед стать, незаметно ослабевают.

Подобный эффект происходит в атмосфере. Магнат проекта успешно использовал этот эффект обнаружить ядерный взрыв на значительном расстоянии.

Фундаментальное понятие

Передача звука может быть иллюстрирована при помощи модели, состоящей из множества шаров, связанных веснами. Для реального материала

шары представляют молекулы, и весны представляют связи между ними. Звук проходит через модель, сжимая и расширяя весны, передавая энергию к соседним шарам, которые передают энергию к их веснам и так далее. Скорость звука через модель зависит от жесткости весен (более жесткие весны передают энергию более быстро). Эффекты как дисперсия и отражение могут также быть поняты, используя эту модель.

В реальном материале жесткость весен называют упругим модулем, и масса соответствует плотности. При прочих равных условиях (при прочих равных условиях) звук будет ехать более медленно в губчатых материалах, и быстрее в более жестких. Например, звук поедет в 1.59 раза быстрее в никеле, чем в бронзе, из-за большей жесткости никеля в приблизительно той же самой плотности. Точно так же звук едет приблизительно в 1.41 раза быстрее в легком водороде (protium) газ, чем в тяжелом водороде (дейтерий) газ, так как у дейтерия есть подобные свойства, но дважды плотность. В то же время звук «типа сжатия» поедет быстрее в твердых частицах, чем в жидкостях, и быстрее в жидкостях, чем в газах, потому что твердые частицы более трудно сжать, чем жидкости, в то время как жидкости в свою очередь более трудно сжать, чем газы.

Некоторые учебники по ошибке заявляют что скорость звуковых увеличений с увеличивающейся плотностью. Это обычно иллюстрируется, представляя данные для трех материалов, таких как воздух, вода и сталь, у которых также есть весьма различная сжимаемость, которая больше, чем восполняют различия в плотности. Иллюстративный пример этих двух эффектов — то, что звук едет только в 4.3 раза быстрее в воде, чем воздух, несмотря на огромные различия в сжимаемости этих двух СМИ. Причина состоит в том, что большая плотность воды, которая работает, чтобы замедлить звук в воде относительно воздуха, почти восполняет различия в сжимаемости в этих двух СМИ.

Сжатие и стрижет волны

В газе или жидкости, звук состоит из волн сжатия. В твердых частицах волны размножаются как два различных типов. Продольная волна связана со сжатием и декомпрессией в направлении путешествия, которое является тем же самым процессом как все звуковые волны в газах и жидкостях. Поперечная волна, названная постричь волной в твердых частицах, происходит из-за упругой деформации среднего перпендикуляра к направлению путешествия волны; направление стричь-деформации называют «поляризацией» этого типа волны. В целом поперечные волны происходят как пара ортогональной поляризации. У этих различных волн (волны сжатия и различная поляризация стригут волны) могут быть различные скорости в той же самой частоте. Поэтому, они достигают наблюдателя в разное время, чрезвычайный пример, являющийся землетрясением, куда острые волны сжатия прибывают сначала, и раскачивание поперечных волн несколько секунд спустя.

Скорость волны сжатия в жидкости определена сжимаемостью и плотностью среды. В твердых частицах волны сжатия походят на тех в жидкостях, в зависимости от сжимаемости, плотности, и дополнительный фактор стрижет модуль. Скорость стрижет волны, которые могут произойти только в твердых частицах, определен просто твердым материалом, стригут модуль и плотность.

Расчёт скорости звука в жидкости и газе

Скорость звука в однородной жидкости (или газе) вычисляется по формуле:

c=1βρ.{\displaystyle c={\sqrt {\frac {1}{\beta \rho }}}.}

В частных производных:

c=−v2(∂p∂v)s=−v2CpCv(∂p∂v)T,{\displaystyle c={\sqrt {-v^{2}\left({\frac {\partial p}{\partial v}}\right)_{s}}}={\sqrt {-v^{2}{\frac {C_{p}}{C_{v}}}\left({\frac {\partial p}{\partial v}}\right)_{T}}},}

где β{\displaystyle \beta } — адиабатическая сжимаемость среды; ρ{\displaystyle \rho } — плотность; Cp{\displaystyle C_{p}} — изобарная теплоёмкость; Cv{\displaystyle C_{v}} — изохорная теплоёмкость; p{\displaystyle p}, v{\displaystyle v}, T{\displaystyle T} — давление, удельный объём и температура, s{\displaystyle s} — энтропия среды.

Для газов эта формула выглядит так:

c=γkTm=γRTM=γR(t+273,15K)M=αT,{\displaystyle c={\sqrt {\frac {\gamma kT}{m}}}={\sqrt {\frac {\gamma RT}{M}}}={\sqrt {\frac {\gamma R(t+273,15K)}{M}}}=\alpha {\sqrt {T}},}

где γ{\displaystyle \gamma } — показатель адиабаты: 5/3 для одноатомных газов, 7/5 для двухатомных (и для воздуха), 4/3 для многоатомных; k{\displaystyle k} — постоянная Больцмана; R{\displaystyle R} — универсальная газовая постоянная; T{\displaystyle T} — абсолютная температура в кельвинах; t{\displaystyle t} — температура в градусах Цельсия; m{\displaystyle m} — молекулярная масса; M{\displaystyle M} — молярная масса (кг/моль), α=γRM{\displaystyle \alpha ={\sqrt {\frac {\gamma R}{M}}}}.

По порядку величины скорость звука в газах близка к средней скорости теплового движения молекул (см. Распределение Максвелла) и в приближении постоянства показателя адиабаты пропорциональна квадратному корню из абсолютной температуры.

Данные выражения являются приближенными, поскольку основываются на уравнениях, описывающих поведение идеального газа. При больших давлениях и температурах необходимо вносить соответствующие поправки.

Для расчета сжимаемости многокомпонентной смеси, состоящей из невзаимодействующих друг с другом жидкостей и/или газов, применяется уравнение Вуда. Это же уравнение применимо и для оценки скорости звука в нейтральных взвесях.

Для растворов и других сложных физико-химических систем (например, природный газ, нефть) данные выражения могут давать очень большую погрешность.

Сверхзвуковые объекты

British Airways Concorde в ранней ливрее BA в аэропорту Лондон-Хитроу , начало 1980-х годов.

Считается, что наконечник кнута является первым искусственным объектом, который преодолел звуковой барьер, что привело к характерной «трещине» (на самом деле, небольшой звуковой удар ). Волновое движение путешествия через кнут, что делает его способным достичь сверхзвуковой скорости.

Большинство современных истребителей — это сверхзвуковые самолеты, но были и сверхзвуковые пассажирские самолеты , а именно Конкорд и Туполев Ту-144 . И эти пассажирские самолеты, и некоторые современные истребители также способны совершать суперкруизные движения — условие длительного сверхзвукового полета без использования форсажной камеры . Благодаря своей способности выполнять суперкруиз в течение нескольких часов и относительно высокой частоте полетов на протяжении нескольких десятилетий, Concorde проводил больше времени в полете на сверхзвуке, чем все другие самолеты вместе взятые, со значительным отрывом. После последнего вылета Concorde, совершенного 26 ноября 2003 года, сверхзвуковых пассажирских самолетов в эксплуатации не осталось. Некоторые большие бомбардировщики , такие как Туполев Ту-160 и Rockwell B-1 Lancer , также обладают сверхзвуковой способностью.

Большинство пуль современного огнестрельного оружия являются сверхзвуковыми, при этом винтовочные снаряды часто движутся со скоростью, приближающейся, а в некоторых случаях значительно превышающей 3 Маха .

Большинство космических кораблей , в первую очередь космический челнок, являются сверхзвуковыми, по крайней мере, на некоторых этапах их входа в атмосферу, хотя влияние на космический корабль уменьшается из-за низкой плотности воздуха. Во время всплытия ракеты-носители обычно избегают выхода на сверхзвуковую скорость ниже 30 км (~ 98 400 футов), чтобы уменьшить сопротивление воздуха.

Обратите внимание, что несколько уменьшается с высотой из-за более низких температур (обычно до 25 км). На еще больших высотах температура начинает повышаться с соответствующим увеличением скорости звука.. Когда надутый шар лопается, оторванные куски латекса сжимаются со сверхзвуковой скоростью, что способствует резкому и громкому хлопку.

Когда надутый шар лопается, оторванные куски латекса сжимаются со сверхзвуковой скоростью, что способствует резкому и громкому хлопку.

Ограничение скорости звука

Чтобы оценить ограничение скорости звука, группа исследователей из Лондонского университета Королевы Марии, Кембриджского университета и Института физики высоких давлений в Троицке обнаружила, что ограничение скорости звука зависит от двух фундаментальных констант: постоянной тонкой структуры (фундаментальной физической постоянной, характеризующей силу электромагнитного взаимодействия) и отношения масс протона и электрона (одна из важных физических констант, известна с большой точностью — 1836,152672.).

Авторы исследования надеются, что полученные результаты будут иметь дальнейшее научное применение.

Исследователи предположили, что темп звука уменьшается с увеличением массы атома. Проверив это предположение на широком спектре разнообразных материалов, ученые пришли к выводу о том, что звук должен передаваться быстрее всего через твердый атомарный водород, который может существовать только при очень высоком давлении, например, в ядрах газовых гигантов, таких как Юпитер и Сатурн (давление на самых больших планетах Солнечной системы превышает один миллион атмосфер). Находясь в твердом состоянии атомарный водород представляет собой металл со сверхпроводниковыми свойствами. После проведения сложных квантово-механических расчетов исследователи определили что в твердом атомарном водороде скорость звука ближе всего к теоретическому пределу.

Издание Science Alert приводит слова одного из авторов исследования физика Константин Траченко (Kostya Trachenko) из Лондонского университета Королевы Марии:

Ну что ж, будем ждать!

Что быстрее — скорость света или скорость звука?

Ученым известно, что скорость света примерно в миллион раз больше звуковой. Но темп звука может меняться. Среднее его значение составляет 1450 м/с. Быстрота продвижения звука зависит от типа среды, вода это или воздух, от температуры и даже давления. Выходит, что точного значения этой величины не существует, есть лишь примерная величина в привычной для нас среде — воздухе. Касательно скорости света до сих пор ведутся целые серии экспериментов передовых ученых со всей планеты.

Какова скорость звука в воздухе

Определить скорость звука в воздухе в первый раз удалось в 1636 году ученому из Франции М. Мерсенну. Температура окружающей среды была 20 °С и при таком показателе звук летел со значением 343 м/с, в километрах — 1235 км/ч. Темп движения  звука напрямую зависит от температуры окружающей среды в которой он распространяется: если температура газа растет, звук тоже начинает двигаться быстрее, соответственно, наоборот, чем ниже температура воздуха, тем медленнее распространяется звук.

Например, при нулевой температуре звук передается уже на скорости 331 м/с. Также скорость звука зависит и от типа газа. Чем больше диаметр молекул из которых состоит газ, тем медленнее двигается звук. Например, при нулевой температуре, в водороде быстрота звука составит 1284 м/с, гелии — 965 м/с. Заметная разница.

Скорость звука в вакууме

Звук по своей сути — это колебание молекул по ходу распространения. Понятно, что для того чтобы звук мог как-то передаваться, нужна среда из молекул, которые будут колебаться. В вакууме же нет никакой материи, поэтому звук там проходить не может. Но по результатам последних исследований, стало ясно, что звук может преодолеть прослойку из вакуума, толщиной мене микрона. Данное явление назвали — «вакуумное туннелирование фононов», информацию по нему появилась одновременно в двух статьях, которые появились в печатном издании «Physical Review Letters». Следует помнить, что колебание молекул кристаллической решетки переносят не один звук, но и тепловую энергию, следовательно, через вакуум можно передавать и тепло.

Скорость звука в воде

Обычно, скорость звука в жидкостях, в том числе воде, больше чем в газообразной среде. Первый замер такой стремительности в воде произвели в 1826 г. ученые Ж- Колладон и Я. Штурм. Эксперимент проходил в Швейцарии, а именно на одном из озер. Последовательность действий, по которой проходило измерение, была таковой:

  1. На лодке, которая стояла на якоре, поджигали пакет с порохом и в то же время били в подводный колокол;
  2. На расстоянии в 14 километров стояла вторая, наблюдательная лодка, помимо вспышки пороха, которую было видно из далека, на лодке улавливали и звук колокола посредством подводного рупора;
  3. Именно по разнице времени между вспышкой и приходом звуковой волны удалось вычислить скорость звука. Тогда вода имела температуру в 8 °С и скорость звука составила 1440 м/с.

Между двумя разными средами звуковая волна ведет себя интересно. Одна ее часть заходит в другую среду, вторая попросту отражается. Если звук попадает из воздуха в жидкость, то 99,9 % его отражается, но давление в той доле звука что все-таки проходит в воду в два раза вырастает. Именно этим и пользуются рыбы. Если возле воды кричать и шуметь, хвостатые обитатели глубин быстро уйдут куда подальше.

Скорость распространения звука

Даже свет, равно как звук и электромагнитные колебания может менять свою скорость в разных физических средах. Новейшие исследования в этой области, доказали теоретическую возможность запустить тело быстрее света. Дело в том, что в некоторых газах быстрота фотонов (частички из которых состоит свет) заметно замедляются. Понятное дело, что увидеть такое явление невооруженным глазом не выйдет, но в точной науке, такой как физика, это имеет огромное значение. Так вот, ученные доказали, что, если пропустить свет через газ, его скорость снизится на столько, что быстро запущенное тело сможет двигаться быстрее фотонов.

Обсуждайте вопросы распространения звука в разных средах Смотрите видео, где подробнейшим образом объясняющее аспекты скорости звука «на пальцах»

Скорость звука

Скорость звука зависит от среды, через которую проходят волны, и является фундаментальным свойством материала. Первые значительные усилия в направлении измерения скорости звука были сделаны Ньютоном. Он считал, что скорость звука в отношении конкретного вещества была равна корню квадратному из давления, действующего на него, деленое на плотность.

Позже это было опровергнуто, когда установили, что так неправильно записывать скорость.

Таким образом,

Где $\gamma {\rm -}$ адиабатическая сжимаемость среды.

Поскольку $K{\rm =}\gamma {\rm \cdot p}$ окончательно получим уравнение:

которое также известно как уравнение Ньютона-Лапласа.

Таким образом, скорость звука возрастает с увеличением жесткости материала, и уменьшается с его плотностью.

В диспергирующей среде, скорость звука является функцией частоты звука, определяемая через дисперсионное соотношение. Каждый частотный компонент распространяется со своей скоростью, называемой фазовой скоростью, в то время как энергия возмущения распространяется с помощью групповой скорости.

В атмосфере Земли, главным фактором, влияющим, на скорость звука является температура. Для данного идеального газа с постоянной теплоемкостью и составом, скорость звука зависит только от температуры.

Рисунок 2. Скорость звука в воде по отношению к температуре

Пример 1

Найти скорость $v$ распространения продольных упругих колебаний в следующих металлах:

  1. алюминии;
  2. меди;
  3. вольфраме.

Решение:

Скорость продольных колебаний в твердых телах:

\

Поэтому для алюминия

\[v=\sqrt{\frac{6,9\cdot {10}^{10}Па}{2600\ {кг}/{м^3}}}=5125{м}/{с}\]

Для меди:

\[v=\sqrt{\frac{1,18\cdot {10}^{11}Па}{\ {8600\ кг}/{м^3}}}=3704\ {м}/{с}\]

Для вольфрама

\[v=\sqrt{\frac{3,8\cdot {10}^{11}Па}{\ {19300\ кг}/{м^3}}}=4437\ {м}/{с}\]

Ответ: $5125{м}/{с}$, $3704\ {м}/{с}$, $4437\ {м}/{с}$.

Звуковые волны

Когда тела колеблются и вызывают колебания окружающего воздуха или иной среды, они издают звуки. При этом частицы среды тоже начинают колебаться, образуя волну, проходящую в среде. Частицы среды могут совершать колебания как вдоль направления распространения волны, так и поперек. Соответственно различают продольные и поперечные механические волны.

Звуковые волны кажутся схожими с волнами на воде. Если на поверхность озера бросить маленький камень, то от места падения в разные стороны побегут волны. Возникают они потому, что частички воды на поверхности совершают колебания и эти колебания передаются следующим частичкам, то есть волной называется процесс распространения колебаний со временем. Волны на поверхности воды мы можем видеть непосредственно, они поперечные, ведь частицы воды движутся вертикально, вверх-вниз, а волна распространяется горизонтально. Но многие механические волны невидимые, например, звуковые волны, распространяющиеся в воздухе, мы можем только слышать. Ученые установили, что звуковые волны отличаются от волн на поверхности воды тем, что они продольные. Частицы среды колеблются взад-вперед вдоль направления движения волны, а не перпендикулярно ему, как в поперечных волнах. Еще одно отличие в том, что звук распространяется во всех направлениях, а не только горизонтально, как волны по воде.

Волны изображают с помощью диаграмм, на которых указывают частоту волн (количество колебаний за секунду) и их амплитуду (силу волн). Высокие звуки – это высокочастотные волны, низкие звуки – это низкочастотные волны. Звук с частотой более 20 000 Гц называют ультразвуком. Чем больше амплитуда волны, тем громче звук. По мере удаление от источника звука амплитуда падает и звук стихает. Высокие звуки, такие, как пение птиц, — это высокочастотные волны. Низкие звуки, например рев двигателя, — это низкочастотные волны.

Прибор, который позволяет увидеть форму звуковой волны, называется осциллографом.

В разных средах звуковые волны распространяются с разными скоростями. При 20°С в сухом воздухе скорость звука составляет 343 м/с. Сверхзвуковая скорость — это скорость выше скорости звука. Когда самолет выходит на сверхзвуковую скорость, возникает звуковой удар. Сверхзвуковые скорости измеряются в Махах: 1 Мах равен скорости звука. «Конкорд» летает со скоростью более 2 Махов – вдвое быстрее звука.

Шум – это неприятный звук. Измеряется уровень шума в децибелах (дБ). Шум свыше 120 дБ может вызвать боль. При падении листа звук в 10 дБ, а при взлете самолета – 110 дБ. Из всех животных самые громкие звуки может издавать синий кит – 188 дБ. Его можно услышать за 850 километров.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Андрей Измаилов
Наш эксперт
Написано статей
116
Добавить комментарий