Viteza sunetului

Măsurarea vitezei sunetului. O măsurare brută a vitezei de zgomot din aer poate produce fiecare.

Călătorind în munți, plimbare cu barca pe un râu liniștit, mărginit de maluri abrupte și împădurite, înainte de a fi tăiate de pădure deasă, este ușor să se joace tot fenomenul familiar de ecou. La fel cum se reflectă și valurile de pe apă, întâmpinând un obstacol în cale, sunetul se reflectă din barieră. Dacă undele sonore intră pe o barieră la un unghi drept, undele reflectate se propagă exact în direcția opusă.







Fenomenul unui ecou sau reflectare a sunetului de obstacole pentru propagarea undelor sonore care permit un mod relativ simplu pentru a măsura viteza sunetului. Pentru o astfel de măsurare este necesar să aveți un ceas cu o mână de mâna a doua sau, mai bine, cu un cronometru. Luând act de momentul trimiterii sunetului (țipăt, bate din palme, bat) și timpul primirii ecoului, este posibil să se determine viteza sunetului c atunci când distanța L la suprafață reflectorizantă (sau mal din lemn). Viteza sunetului c este determinată de formula

unde t este intervalul de timp măsurat. Conform acestei formule, numărul 2 se datorează faptului că sunetul călătorește de două ori distanța L. Folosind această formulă, puteți determina distanța L de obstacol, cunoscând viteza sunetului c și intervalul de timp t. Pe acest principiu, așa cum vom vedea mai târziu, măsurătorile adâncimii mărilor și râurilor se bazează pe așa-numitele sunete de ecou.

De asemenea, puteți spune viteza sunetului folosind faptul că viteza luminii este incomensurabil mai mare decât viteza sunetului (aproximativ un milion de ori). Vedem o încurcătură de aburi alb și apoi auzim fluierul unei locomotive apropiate; vedem fulgerul și doar după un timp auzim un sul de tunet. Viteza luminii este de 300.000 km / sec; în prezent în natură nu există viteză de transfer de energie mai mare decât această viteză.

Dacă distanța L, din punctul de observație pentru a crea un sunet simultan cu lumina blițului (de exemplu, împușcat de spargere) și să măsoare intervalul de timp dintre flash de lumină și semnalul sonor de sosire la punctul de observație, viteza sunetului va fi:

Cu o astfel de măsură, neglijăm timpul de propagare a luminii de la sursa sunetului la locul recepției sale. Dar acest moment este atât de nesemnificativ încât neglijarea practică nu introduce o eroare în rezultatul măsurătorilor.

Există multe alte modalități mai precise de măsurare a vitezei sunetului în aer; cu unele dintre ele ne vom cunoaște pe viitor. Viteza sunetului la 0 ° C este de 331,5 m / s sau aproximativ 1200 km / h.

Pentru a vizualiza valoarea această viteză, subliniem faptul că viteza cu jet moderne sa-Mallett aproape de viteza sunetului (de exemplu, de pasageri Tu-104 se poate dezvolta o viteză de aproximativ 1000 km / oră) și poate fi chiar mai mare decât ea. Viteza de zbor a cojilor de artilerie antitank și antiaircraft este de 1000 m / s sau mai mult, adică de câteva ori viteza sunetului; viteza de zbor a rachetei când satelitul este pus pe orbită este puțin mai mare de 8 km / sec.







Ce determină viteza sunetului. Ce determină valoarea vitezei de zgomot în aer? Se poate demonstra că viteza de propagare a undelor longitudinale într-un mediu elastic este exprimată prin formula

unde E este așa numitul modul în vrac, sau inversul compresibilității mediului și este densitatea mediului. Putem înțelege semnificația cantității E în exemplul următor.

Apăsați mânerul pompei de bicicletă, închizând orificiul de evacuare al furtunului de cauciuc. Dacă volumul inițial de aer sub piston a fost V0 și presiunea p0, atunci după comprimarea la presiunea p acest volum scade și devine egal cu V. Schimbarea de volum este V0-V și variația sa relativă. Cu cât este mai mare forța care comprima aerul (sau un alt gaz), cu atât este mai mare schimbarea relativă a volumului; și anume modificarea relativă a volumului de gaz direct proporțională cu forța aplicată:

În această formulă [1], k este o anumită cantitate constantă, numită compresibilitatea gazului; Cu cât schimbarea relativă a volumului pentru o forță F este mai mică, cu atât este mai mică compresibilitatea gazului. Din această formulă rezultă că compresibilitatea este egală cu variația relativă a volumului când presiunea se modifică cu una. Reciprocitatea compresibilității se numește modulul sau coeficientul de elasticitate în vrac a mediului sau pur și simplu elasticitatea în vrac.

Deci, elasticitatea este o forță care se opune comprimării aerului. Presiunea externă, sub care este localizat aerul, aduce particulele de aer mai aproape, forța de elasticitate tinde să se extindă. Când aceste forțe sunt egale, aerul este în echilibru. Prin urmare, presiunea externă servește ca măsură de elasticitate, iar elasticitatea aerului, ca și alte gaze, este egală numeric cu valoarea absolută a presiunii exercitate de gaz pe unitatea de suprafață, adică 1 cm2. Formula de viteză a sunetului poate fi așadar scrisă în formular

În această formulă, P este presiunea la nivelul mării la 0 ° C. Este egal cu 1033,6 G / cm2 și trebuie reprezentat în unități absolute. Să ne amintim că în mecanică se aplică o forță unității de forță, dând o accelerație de 1 cm / sec2 la masa în 1 g. Această unitate de forță se numește dina. Deoarece prin legea lui Newton a forței este egală cu masa înmulțită cu accelerația, iar accelerația gravitațională este egală cu 980.6 cm / s2, forța cu care Pământul atrage 1 g, egal cu 980.6 abs. unități. Astfel, presiunea atmosferică P, exprimată în unități absolute, va fi de 1033,6 × 980,6 = 1013500 abs. unități. Unitatea absolută de presiune se numește baromul. Bara este forța de 1 dyne per cm2.

În ceea ce privește densitatea aerului, apoi la 0 ° C și la presiunea atmosferică normală, această densitate, adică 1 cm3, exprimată în grame, este 0,001293. Dacă înlocuim aceste valori pentru P și în ultima formulă, se pare că viteza sunetului este de 280 m / sec. O astfel de valoare pentru c a fost obținută teoretic de Newton. Această valoare este mult diferită de rata la care se extinde într-adevăr sunetul în aer, la fel, așa cum am arătat deja, 331,5 m / s, la 0 ° C,

Faptul este că în raționamentul nostru, atunci când am justificat această formulă, nu am ținut cont de o circumstanță. Când aerul este comprimat, presiunea crește și, în consecință, crește elasticitatea aerului. Dar, în plus, aerul, ca orice gaz, este încălzit în timpul compresiei și, sub răcire, se răcește. Modificarea temperaturii aerului conduce la o modificare suplimentară a elasticității sale; atunci când se comprimă datorită creșterii temperaturii, elasticitatea crește oarecum, iar sub rafinament scade oarecum.







Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare

Trimiteți-le prietenilor: