ملامح انتشار الصوت والإشعاع في الماء. ما هي سرعة الصوت بالكيلو متر في الساعة؟ ما هي سرعة الصوت؟

المحاولات الأولى لفهم طبيعة أصل الصوت جرت منذ أكثر من ألفي عام. في أعمال العلماء اليونانيين القدماء بطليموس وأرسطو، تم وضع الافتراضات الصحيحة بأن الصوت يتولد عن اهتزازات الجسم. علاوة على ذلك، قال أرسطو أن سرعة الصوت هي كمية قابلة للقياس ومحدودة. بالطبع في اليونان القديمةولم تكن هناك إمكانيات تقنية لإجراء أي قياسات دقيقة، لذلك لم يتم قياس سرعة الصوت بدقة نسبية إلا في القرن السابع عشر. ولهذا الغرض تم استخدام طريقة المقارنة بين وقت اكتشاف الفلاش من اللقطة والوقت الذي وصل بعده الصوت إلى الراصد. ونتيجة للتجارب العديدة، توصل العلماء إلى استنتاج مفاده أن الصوت ينتقل في الهواء بسرعة تتراوح بين 350 إلى 400 متر في الثانية.

كما وجد الباحثون أن سرعة انتشار الموجات الصوتية في وسط معين تعتمد بشكل مباشر على كثافة هذا الوسط ودرجة حرارته. اذا هواء أرق، كلما كان الصوت أبطأ من خلاله. وبالإضافة إلى ذلك، كلما ارتفعت درجة حرارة الوسط، زادت سرعة الصوت. من المقبول عمومًا اليوم أن سرعة انتشار الموجات الصوتية في الهواء في الظروف العادية (عند مستوى سطح البحر عند درجة حرارة 0 درجة مئوية) تبلغ 331 مترًا في الثانية.

عدد ماخ

في الحياه الحقيقيهتعد سرعة الصوت معلمة مهمة في الطيران، ومع ذلك، في تلك الارتفاعات المعتادة، تختلف الخصائص البيئية تمامًا عن المعتاد. ولهذا السبب يستخدم الطيران مفهومًا عالميًا يسمى رقم ماخ، والذي سمي على اسم النمساوي إرنست ماخ. يمثل هذا الرقم سرعة الجسم مقسومة على سرعة الصوت المحلية. من الواضح أنه كلما انخفضت سرعة الصوت في وسط ذي معلمات محددة، كلما ارتفع رقم ماخ، حتى لو لم تتغير سرعة الكائن نفسه.

يرجع التطبيق العملي لهذا الرقم إلى حقيقة أن الحركة بسرعات أعلى من سرعة الصوت تختلف بشكل كبير عن الحركة بسرعات أقل من سرعة الصوت. ويرجع ذلك أساسًا إلى التغيرات في الديناميكا الهوائية للطائرة، وتدهور إمكانية التحكم فيها، وتسخين الجسم، فضلاً عن مقاومة الأمواج. يتم ملاحظة هذه التأثيرات فقط عندما يتجاوز رقم ماخ الواحد، أي أن الجسم يكسر حاجز الصوت. توجد حاليًا صيغ تسمح لك بحساب سرعة الصوت لمعلمات هواء معينة، وبالتالي حساب رقم Mach لـ ظروف مختلفة.

فيديو حول الموضوع

مصادر:

• تردد اهتزاز الشوكة الرنانة 440 هرتز

يمكن أن تصدر أصوات للأجسام المادية المختلفة التي تكون في حالة صلبة أو سائلة أو غازية. على سبيل المثال، سلسلة تهتز أو تيار من الهواء ينفخ من الأنبوب.

الصوت هو اهتزازات موجية للوسط الذي تدركه الأذن البشرية. المصادر هي الهيئات المادية المختلفة. اهتزاز المصدر يثير التذبذبات بيئةوالتي انتشرت في الفضاء. تشغل الموجات الصوتية نطاق تردد من 20 هرتز إلى 20 كيلو هرتز، بين الموجات تحت الصوتية والموجات فوق الصوتية.

تحدث الاهتزازات الميكانيكية فقط عندما يكون هناك اهتزاز مرن، لذلك لا يمكن للصوت أن ينتقل في الفراغ. سرعة الصوت هي سرعة مروره موجة صوتيةحول مصدر الصوت.

ينتقل الصوت عبر الغازات والسوائل والمواد الصلبة بسرعات مختلفة. ينتقل الصوت في الماء بشكل أسرع منه في الهواء. في المواد الصلبةسرعة الصوت أعلى منها في . بالنسبة لكل مادة، تكون سرعة انتشار الصوت ثابتة. أولئك. تعتمد سرعة الصوت على كثافة الوسط ومرونته، وليس على تردد الموجة الصوتية وسعةها.

الصوت يمكن للمرء أن يلتف حول العقبة التي يواجهها. وهذا ما يسمى الحيود. الأصوات المنخفضة لها حيود أفضل من الأصوات العالية. هنا

اليوم، عند إنشاء شقة، يضطر العديد من السكان الجدد إلى الإنفاق عمل إضافي، بما في ذلك عزل الصوت في منزلك، لأن تتيح لك المواد القياسية المستخدمة إخفاء ما يحدث في منزلك جزئيًا فقط، وعدم الاهتمام بالتواصل مع جيرانك ضد إرادتك.

وفي المواد الصلبة، تتأثر على الأقل بكثافة ومرونة المادة التي تقاوم الموجة. لذلك، عند تجهيز المباني، الطبقة المجاورة جدران حاملةوهي مصنوعة عازلة للصوت مع وجود "تداخلات" في الأعلى والأسفل. يسمح لك بتقليل الديسيبل أحيانًا بأكثر من 10 مرات. ثم يتم وضع الحصير البازلتية، وعلى القمة - صفائح الجبسوالتي تعكس الصوت خارج الشقة. عندما "تطير" موجة صوتية إلى مثل هذا الهيكل، فإنها تضعف في الطبقات العازلة، التي تكون مسامية وناعمة. إذا كان الصوت قويًا، فقد تسخن المواد التي تمتصه.

المواد المرنة، مثل الماء والخشب والمعادن، تنتقل بشكل جيد، فنسمع "غناء" جميلاً الات موسيقية. وكانت بعض الشعوب قديماً تحدد نهج الفرسان مثلاً بوضع أذنهم على الأرض، وهي أيضاً مرنة تماماً.

تعتمد سرعة الصوت بالكيلومتر على خصائص الوسط الذي ينتشر فيه. على وجه الخصوص، يمكن أن تتأثر العملية بالضغط، التركيب الكيميائيودرجة الحرارة والمرونة والكثافة وغيرها من المعالم. على سبيل المثال، في صفائح من الفولاذتنتقل الموجة الصوتية بسرعة 5100 متر في الثانية، وفي الزجاج - حوالي 5000 م/ث، وفي الخشب والجرانيت - حوالي 4000 م/ث. لتحويل السرعة إلى كيلومتر في الساعة، تحتاج إلى ضرب الأرقام في 3600 (ثانية في الساعة) وتقسيمها على 1000 (متر لكل كيلومتر).

سرعة الصوت بالكيلومتر البيئة المائيةمختلفة بالنسبة للمواد ذات الملوحة المختلفة. ل مياه عذبةعند درجة حرارة 10 درجات مئوية تبلغ حوالي 1450 م/ث، وعند درجة حرارة 20 درجة مئوية وبنفس الضغط تبلغ بالفعل حوالي 1490 م/ث.

تتميز البيئة المالحة بسرعة أعلى بشكل واضح للاهتزازات الصوتية.

ويعتمد انتشار الصوت في الهواء أيضًا على درجة الحرارة. وبقيمة 20 لهذا المعامل، تنتقل الموجات الصوتية بسرعة تبلغ حوالي 340 م/ث، أي حوالي 1200 كم/ساعة. وعند درجة الصفر تتباطأ السرعة إلى 332 م/ث. وبالعودة إلى عوازل شقتنا، يمكننا أن نتعلم أنه في مادة مثل الفلين، والتي تستخدم غالبًا لتقليل مستويات الضوضاء الخارجية، تبلغ سرعة الصوت بالكيلومتر 1800 كم/ساعة فقط (500 متر في الثانية). وهذا أقل بعشر مرات من هذه الخاصية في الأجزاء الفولاذية.

الموجة الصوتية هي اهتزاز طولي للوسط الذي تنتشر فيه. على سبيل المثال، عندما يمر لحن مقطوعة موسيقية عبر عقبة ما، ينخفض ​​مستوى صوتها، لأن يتغير، وفي الوقت نفسه يبقى التردد على حاله، وبفضله نسمع صوت المرأة كصوت المرأة، وصوت الرجل كصوت الرجل. المكان الأكثر إثارة للاهتمام هو حيث تكون سرعة الصوت بالكيلومتر قريبة من الصفر. وهذا فراغ لا تنتشر فيه موجات من هذا النوع تقريبًا. ولتوضيح كيفية عمل ذلك، يضع الفيزيائيون منبهًا رنينًا تحت غطاء يتم ضخ الهواء منه. كلما كان الهواء أرق، كلما كان صوت الجرس أكثر هدوءًا.

سرعة الصوت- سرعة الانتشار موجات مرنةفي البيئة: كيف طولية(في الغازات أو السوائل أو المواد الصلبة)، والقص المستعرض (في المواد الصلبة). تتحدد بمرونة وكثافة الوسط: كقاعدة عامة، في غازاتسرعة الصوت أقل من السوائل، و في السوائل- أقل مما كانت عليه في المواد الصلبة. وأيضًا، في الغازات، تعتمد سرعة الصوت على درجة حرارة المعطى موادفي بلورات مفردة - في اتجاه انتشار الموجة. عادة لا يعتمد على الترددات أمواجوهي السعات; في الحالات التي تعتمد فيها سرعة الصوت على التردد، نتحدث عنها الفروقصوت.

يوتيوب الموسوعي

• 1 / 5

  بالفعل في المؤلفين القدماء هناك ما يشير إلى أن الصوت ناتج عن الحركة التذبذبية للجسم ( بطليموس , إقليدس). أرسطويلاحظ أن سرعة الصوت لها قيمة محدودة، ويتخيل بشكل صحيح طبيعة الصوت. تعود محاولات تحديد سرعة الصوت تجريبيًا إلى النصف الأول من القرن السابع عشر. واو بيكونالخامس " جديد   أورغانون"وأشار إلى إمكانية تحديد سرعة الصوت من خلال مقارنة الفترات الزمنية بين وميض الضوء وصوت الطلقة النارية. باستخدام هذه الطريقة، قام العديد من الباحثين ( م. ميرسين , ب.جاسندي , دبليو ديرهام، جماعة من العلماء أكاديمية باريس للعلوم - د.كاسيني , جي بيكار , هيغنز , رومر) تحديد قيمة سرعة الصوت (اعتمادا على الظروف التجريبية، 350-390 م/ث). من الناحية النظرية، تم النظر لأول مرة في مسألة سرعة الصوت أنا نيوتنفي بهم " البدايات" في الواقع، افترض نيوتن أن انتشار الصوت متساوي الحرارة، وبالتالي حصل على تقدير أقل من ذلك. تم الحصول على القيمة النظرية الصحيحة لسرعة الصوت لابلاس.

  حساب السرعة في السائل والغاز

  يتم حساب سرعة الصوت في السائل (أو الغاز) المتجانس بالصيغة:

  ج = 1 β ρ (\displaystyle c=(\sqrt (\frac (1)(\beta \rho ))))

  في المشتقات الجزئية:

  ج = − v 2 (∂ p ∂ v) s = − v 2 C p C v (∂ p ∂ v) T (\displaystyle c=(\sqrt (-v^(2)\left((\frac (\) جزئي p)(\partial v))\right)_(s)))=(\sqrt (-v^(2)(\frac (C_(p))(C_(v)))\left((\ فارك (\جزئي ع)(\جزئي v))\يمين)_(T))))

  أين β (\displaystyle \beta ) - ثابت الحرارة الانضغاطيةبيئة؛ ρ (\displaystyle \rho )- كثافة؛ ج ع (\displaystyle C_(p))- السعة الحرارية متساوية الضغط؛ ج ضد (\displaystyle C_(v))- السعة الحرارية المتساوية. ص (\displaystyle p), الخامس (\displaystyle v), ت (\displaystyle T)- الضغط والحجم النوعي ودرجة حرارة الوسط؛ س (\displaystyle s)- انتروبيا الوسط .

  بالنسبة للحلول والأنظمة الفيزيائية والكيميائية المعقدة الأخرى (على سبيل المثال، غاز طبيعي، زيت) يمكن أن تعطي هذه التعبيرات خطأً كبيرًا جدًا.

  المواد الصلبة

  في وجود واجهات، يمكن نقل الطاقة المرنة من خلالها الموجات السطحية أنواع مختلفةوالتي تختلف سرعتها عن سرعة الموجات الطولية والعرضية. يمكن أن تكون طاقة هذه التذبذبات أكبر بعدة مرات من طاقة موجات الجسم.

  ربما سمع الكثير منكم عن مفهوم مثل سرعة الصوت. آمل أن يفهم معظمكم ما هو هذا. وحتى لو لم يكن الأمر كذلك، فسنكتشف ذلك الآن.

  ما هي السرعة؟

  أولا، عليك أن تفهم ذلك سرعةهي كمية فيزيائية توضح المسافة التي يمكن أن يقطعها الجسم في وحدة الزمن. ويترتب على هذا التعريف أن السيارة التي تتحرك بسرعة 70 كم/ساعة، في 99% من الحالات، يمكنها السفر مسافة 70 كيلومترًا في دورة واحدة في اتجاه عقارب الساعة (أي خلال ساعة). في 1% من الحالات، سنستبعد حقيقة أنه قد يتعطل على الطريق أو أن الطريق سينتهي. السيارة واضحة. بدلاً من السيارة، يمكنك أن تأخذ أشياء أخرى: شخص يركض، حجر يطير، جربوع يقفز، إلخ. كل هذه الأجسام هي أشياء حقيقية يمكن رؤيتها وحتى لمسها. لكن الصوت ليس حجرا أو طائرة، فمن أين يستمد سرعته؟

  يتكون المفهوم من كلمتين. لقد تعاملنا بالفعل مع الأول. الآن دعنا ننتقل إلى الثانية. ما هو الصوت؟

  الصوت هو ما يمكننا سماعه، أي هو ظاهرة فيزيائية. تحدث هذه الظاهرة نتيجة للانتشار موجة صوتيةفي الوسائط الصلبة أو السائلة أو الغازية. تشبه الموجة الصوتية إلى حد كبير موجة البحر العادية التي شاهدها الجميع على الهواء مباشرة أو على شاشة التلفزيون (ليس من قبيل الصدفة أن يطلق عليهم نفس الاسم - موجة). لكن بشكل أكثر دقة، يمكنك أن تتخيل موجة صوتية على شكل دوائر على الماء تظهر بعد رمي الحصاة. ففي النهاية، ينتقل الصوت بالتساوي في كل الاتجاهات! إذا صرخت في كوب من الماء، فسوف يأخذونك إلى مستشفى المجانين، وسوف تتمكن من رؤية الصوت!!! على شكل دوائر على سطح الماء.

  إنه موجة صوتية- هذا هو في الأساس اهتزاز ذرات الوسط الذي ينتشر فيه الصوت. ولهذا السبب تهتز النوافذ من الموسيقى الصاخبة.

  

  الآن نحن نعرف ما هي السرعة وما هو الصوت، لذلك دعونا نربط هذه المفاهيم معًا!

  سرعة الصوت هي قيمة توضح المسافة التي يمكن أن تنتقل بها الموجة الصوتية في وحدة الزمن.

  كما اكتشفنا بالفعل، لكي تتحرك الموجة الصوتية، من الضروري أن يهتز (الهواء، الماء، الجسم الصلب). لهذا السبب لا يوجد صوت في الفضاء! نظرًا لعدم وجود ذرات هناك (لا توجد ذرات عمليًا، هناك عدد قليل، ولكن قليل جدًا)!والشيء الأكثر إثارة للاهتمام هو أن الصوت ينتقل في الهواء بسرعة 340 م/ث، وفي الماء بسرعة 1500 م/ث، وفي المواد الصلبة بسرعة 3000-6000 م/ث. وهذا ليس مفاجئًا، لأنه كلما كانت المسافة بين الذرات أصغر، زادت سرعة انتقال الصوت.