Fyzický

Opis rýchlosti zvuku a vzorce, výpočet, faktory

Opis rýchlosti zvuku a vzorce, výpočet, faktory

Ten Rýchlosť zvuku Je to ekvivalent rýchlosti, s akou sa v danom médiu šíria pozdĺžne vlny.

Zvuková vlna teda prechádza určitú vzdialenosť na jednotku času, ktorá závisí od média, cez ktoré sa pohybuje. Zvukové vlny skutočne vyžadujú materiálne médium na výrobu kompresie a expanzií, ktoré spomíname na začiatku. Preto sa zvuk nerozširuje.

postava 1. Nadzvukové lietadlo prelomenie zvukovej bariéry. Zdroj: PixBay

Ale keď žijeme ponorené do vzduchového oceánu, zvukové vlny majú prostriedky, v ktorom sa môžu pohybovať a umožniť konkurz. Rýchlosť zvuku vo vzduchu a pri 20 ° C je 343 m/s (1087 stôp/s) približne alebo približne 1242 km/h, ak je uprednostňovaná.

Ak chcete nájsť rýchlosť zvuku v médiu, musíte vedieť niečo o vlastnostiach tohto.

Pretože sa materiálne médium modifikuje striedavo, aby sa zvuk mohol šíriť, je dobré vedieť, aké ľahké alebo ťažké je deformovať ho. Modul stlačiteľnosti B tieto informácie nám ponúka.

Na druhej strane, hustota média, označená ako ρ Bude to tiež relevantné. Akékoľvek médium má zotrvačnosť, ktorá sa premieta do odolnosti voči priechodu zvukových vĺn, v takom prípade bude ich rýchlosť nižšia.

[TOC]

Ako vypočítať rýchlosť zvuku?

Rýchlosť zvuku v médiu závisí od jeho elastických vlastností a zo zotrvačnosti, ktorá predstavuje. Byť vložka Rýchlosť zvuku, všeobecne je pravda, že:

Elastická vlastnosť je predstavovaná objemovým modulom B, zatiaľ čo inerciálna vlastnosť je daná hustotou. Teda:

Tento výraz je platný pre zvuk napríklad pohybom tekutiny, napríklad vzduchu.

Môže vám slúžiť: Vektorová veľkosť

Hookeov zákon ustanovuje, že deformácia v strede je úmerná uplatňovanej snahe. Konštanta proporcionality je presne modul stlačiteľnosti alebo volumetrický modul materiálu, ktorý je definovaný ako:

B = - jednotná deformácia/deformácia

Jednotná deformácia je zmena objemu  DV rozdelený medzi pôvodný zväzok Vložkaani. Rovnako ako kvocient medzi objemami, chýba mu rozmery. Znamenie menej predtým B znamená, že vzhľadom na vynaložené úsilie, čo je zvýšenie tlaku, je konečný objem menší ako pôvodný. S tým všetkým dostaneme:

B = -5P/ (δV/vani)

V plyne je objemový modul úmerný tlaku P, Byť konštantou proporcionality γ, nazývaná plynová adiabatická konštanta. Tadiaľto:

B = γp

Jednotky B sú rovnaké ako tlaky tlaku. Nakoniec zostáva rýchlosť:

Rýchlosť zvuku v predĺžených ideálnych a pevných plynoch

Za predpokladu, že médium je ideálny plyn, môže sa tlak vymeniť P Vo výraze uvedenom pre rýchlosť. Pre ideálne plyny je splnené, že:

Kde ρ Je to hustota, ako sme už povedali, R Je to plynová konštanta, M Je to molekulárna hmotnosť a Tón Je to absolútna teplota v Kelvin. Týmto spôsobom bola rýchlosť zvuku v ideálnom plyne:

Obrázok 2. Zvuk sa tak pohybuje v médiu. Zdroj: Wikimedia Commons. Christophe Dang Ngoc Chan (CDang) [CC BY-SA 3.0 (http: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/3.0/]]

Teraz sa pozrime, čo sa stane, ak je médium predĺžená pevná látka. V takom prípade sa musí zohľadniť iná vlastnosť média, čo je vaša reakcia na úsilie striha alebo rez:

Kde Siež Je to rezací modul, ku ktorému bol referencia urobený. V tom všetkom predpokladáme izotropné médium, tj, ktorého vlastnosti vždy rovnaké.

Môže vám slúžiť: tepelná dilatácia

Faktory, od ktorých závisí rýchlosť zvuku

Ako sme videli, rýchlosť zvuku v médiu je možné určiť poznaním vlastností uvedeného média. Veľmi elastické materiály umožňujú zvuk ľahšie sa šíriť, zatiaľ čo najhustejšie sú proti.

Teplota je ďalším dôležitým faktorom. Z rovnice pre rýchlosť zvuku v ideálnom plyne je zrejmé, že pri vyššej teplote Tón, vyššia rýchlosť. Ako vždy, čím väčšia je molekulárna hmota M, nižšia rýchlosť.

Preto rýchlosť zvuku nie je striktne konštantná, pretože atmosférické podmienky môžu zaviesť zmeny hodnoty. Očakáva sa, že vo väčšej výške nad hladinou mora, kde sa teplota zníži, rýchlosť zvuku klesá.

Odhaduje sa, že vo vzduchu sa rýchlosť zvuku zvyšuje o 0,6 m/s na 1 ° C, čo zvyšuje teplotu. Vo vode zvýšiť 2.5 m/s na 1 ° C nadmorská výška.

Okrem vyššie uvedených faktorov -elasticita, hustota a teplota -existujú aj ďalšie zapojené do šírenia zvukových vĺn podľa média, napríklad: napríklad:

-Vlhkosť

-Vodná slanosť

-Tlak

Zvuk a teplota

Z vyššie uvedeného vyplýva, že teplota je skutočne určujúcim faktorom rýchlosti zvuku v médiu.

Keď je látka zahrievaná, jej molekuly získavajú rýchlejšie a sú schopné častejšie zraziť. A čím viac sa zrazia, tým väčšia je rýchlosť zvuku vo vnútri.

Zvuky, ktoré prechádzajú atmosférou, zvyčajne zaujímajú, pretože v tomto sme ponorení a trávime väčšinu času. V tomto prípade je vzťah medzi rýchlosťou zvuku a teplotou nasledujúci:

331 m/s je rýchlosť zvuku vo vzduchu pri 0 ° C. Pri 20 ° C, čo zodpovedá 293 Kelvinovi, je rýchlosť zvuku 343 m/s, ako je uvedené na začiatku.

Môže vám slúžiť: 13 príkladov Newtonovho prvého zákona v reálnom živote

Machovo číslo

Číslo Mach je nezmenenie, ktoré sú dané kvocientom medzi rýchlosťou objektu, zvyčajne lietadlom a rýchlosťou zvuku. Je veľmi vhodné vedieť, ako rýchlo sa lietadlo pohybuje vzhľadom na zvuk.

Byť M Machové číslo, Vložka rýchlosť objektu -lietadlo- a vložkasiež Rýchlosť zvuku, máme:

M = v/vsiež

Napríklad, ak sa lietadlo presunie na Mach 1, jeho rýchlosť je rovnaká ako zvuk, ak sa presunie na Mach 2, je dvojnásobok a tak ďalej. Niektoré bezpilotné experimentálne vojenské lietadlá dokonca dosiahli Mach 20.

Zvuk zvuku v rôznych médiách (vzduch, oceľ, voda ...)

Takmer vždy zvukové putuje rýchlejšie v tuhých látkach ako v tekutinách a na druhej strane je rýchlejšie ako v plynoch, hoci existujú určité výnimky. Stanovujúcim faktorom je elasticita prostredia, ktoré je väčšia ako súdržnosť medzi atómami alebo molekulami, ktoré ho tvoria,.

Napríklad vo vode sa zvuk pohybuje rýchlejšie ako vo vzduchu. Toto je okamžite zaznamenané ponorením hlavy do mora. Zvuky motorov vzdialených ciev je možné vidieť ľahšie ako keď sú mimo vody.

Potom rýchlosť zvuku pre rôzne médiá, vyjadrená v M/S:

  • Vzduch (0 ° C): 331
  • Vzduch (100 ° C): 386
  • Čerstvá voda (25 ° C): 1493
  • Morská voda (25 ° C): 1533

Pevná pri izbovej teplote

  • Oceľ (uhlík 1018): 5920
  • Sladké železo: 5950
  • Meď: 4660
  • Valcovaná meď: 5010
  • Striebro: 3600
  • Sklo: 5930
  • Polystireén: 2350
  • Teflon: 1400
  • Porcelán: 5840

Odkazy

  1. Elcomer. Rýchlostná tabuľka pre preddefinované materiály. Získané z: Elcomer.com.
  2. Hrniec. Rýchlosť zvuku. Získané z: NASA.Vláda
  3. Tippens, P. 2011. Fyzika: Koncepty a aplikácie. 7. vydanie. McGraw Hill
  4. Serway, r., Vulle, C. 2011. Základy fyziky. 9nat Edimatizovať. Učenie sa.
  5. Univerzita. Machové číslo. Získané z: Laplace.my.je