Hva er Speed ​​of Sound?

I jordens atmosfære er lydens hastighet 343 meter per sekund; eller en kilometer på 2, 91 per sekund eller en kilometer på 4, 69 per sekund.

Hastigheten på lyden i en ideell gass avhenger bare av temperatur og sammensetning. Hastigheten har en svak avhengighet av frekvensen og trykket i vanlig luft, avviker litt fra den ideelle oppførelsen.

Hva er lydens hastighet?

Vanligvis refererer lydens hastighet til hastigheten som lydbølger beveger seg gjennom luften. Hastigheten av lyd varierer imidlertid i henhold til stoffet. For eksempel reiser lyden langsommere i gasser, reiser raskere i væsker, og enda raskere i faste stoffer.

Hvis lydens hastighet er 343 meter per sekund i luften, betyr det at den beveger seg på 1.484 meter per sekund i vann og på ca 5.120 meter per sekund i jern. I et svært hardt materiale, som for eksempel diamant, reiser lyden på 12.000 meter per sekund. Dette er den høyeste hastigheten der lyden kan reise under normale forhold.

Lydbølger i faste stoffer består av kompresjonsbølger, som i gasser og væsker, og av en annen type bølge som kalles rotasjonsbølger, bare tilstede i faststoffer. Rotasjonsbølger i faste stoffer reiser vanligvis med forskjellige hastigheter.

Hastigheten til kompresjonsbølgene i faststoffene bestemmes av kompresibiliteten, tettheten og tverrmodulet av elastisitet i mediet. Hastigheten til rotasjonsbølgene bestemmes bare av tettheten og modulen for transversell elastisitet av modulen.

I dynamisk fluid brukes lydens hastighet i et fluidmedium, enten gass eller væske, som et relativt mål for hastigheten av en gjenstand som beveger seg gjennom mediet.

Forholdet mellom et objekts hastighet og lysets hastighet i et fluid kalles marsnummeret til en gjenstand. Objekter som beveger seg raskere enn 1. mars refereres til som objekter som kjører med supersoniske hastigheter.

Grunnleggende begreper

Overføringen av lyd kan illustreres ved hjelp av en modell som består av en serie baller som er forbundet med ledninger.

I virkeligheten representerer ballene molekylene, og trådene representerer forbindelsene mellom dem. Lyden går gjennom modellen som komprimerer og utvider ledningene, overfører energi til nabobollene, som igjen overfører energi til trådene sine og så videre.

Hastigheten på lyden gjennom modellen avhenger av stivheten av trådene og massen av ballene.

Så lenge mellomrummet mellom ballene er konstant, overfører de stivere trådene seg raskere, og baller med mer masse overfører energi langsommere. Effekter som spredning og refleksjon kan også forstås med denne modellen.

I noe ekte materiale kalles stivheten av trådene elastisk modulus og massen tilsvarer tettheten. Hvis alle andre ting er like, vil lyden gå langsommere i svampete materialer og raskere i stivere materialer.

For eksempel reiser lyden 1, 59 ganger raskere gjennom nikkel enn bronse, fordi stivheten av nikkel er større ved samme tetthet.

Tilsvarende reiser lyden 1, 41 ganger raskere i en lett hydrogengass (protium) enn i en tung hydrogengass (deuterium), siden tung gass har lignende egenskaper, men har to ganger tettheten.

Samtidig vil lyden av "kompresjonstype" bevege seg raskere i faste stoffer enn væsker og reise raskere i væsker enn i gasser.

Denne effekten skyldes det faktum at faste stoffer har vanskeligere å komprimere enn væsker, mens væsker på den annen side er vanskeligere å komprimere enn gasser.

Kompresjonsbølger og rotasjonsbølger

I en gass eller en væske består lyden av kompresjonsbølger. I faststoffer formidler bølger seg gjennom to forskjellige typer bølger. En langsgående bølge er forbundet med kompresjon og dekompresjon i kjøreretningen; Det er samme prosess i gasser og væsker, med en analog kompresjonsbølge i faste stoffer.

Kun kompresjonsbølger finnes i gasser og væsker. En annen type bølge, som kalles tverrbølge eller rotasjonsbølge, forekommer bare i faste stoffer, da bare faste stoffer kan tåle elastiske deformasjoner.

Dette skyldes at den elastiske deformasjonen av mediet er vinkelrett på bølgens retning. Retningen til den deformerte rotasjonen kalles polarisasjonen av denne typen bølge. Vanligvis oppstår tverrbølger som et par ortogonale polarisasjoner.

Disse forskjellige typer bølger kan ha forskjellige hastigheter i samme frekvens. Derfor kan de nå en observatør på forskjellige tidspunkter. Et eksempel på denne situasjonen oppstår i jordskjelv, hvor de akutte kompresjonsbølgene kommer først og de oscillerende tverrbølger kommer sekunder senere.

Kompresjonshastigheten til bølger i et fluid bestemmes av kompresjonsmengden og densiteten til mediet.

I faste stoffer er kompresjonsbølger analoge med de som er funnet i væsker, avhengig av kompressibiliteten, densiteten og tilleggsfaktorene av den elastiske elasticitetsmodulen.

Hastigheten til rotasjonsbølgene, som bare forekommer i faste stoffer, bestemmes bare av den tverrgående modulen for elastisitet og modulens tetthet.