שתף:
מהי מהירות הקול?
באטמוספירה של כדור הארץ, מהירות הקול הוא 343 מטרים לשנייה; או קילומטר אחד ב 2.91 לשנייה או קילומטר אחד ב 4.69 לשנייה.
מהירות הקול בגז אידיאלי תלויה רק בטמפרטורה ובהרכב. מהירות יש תלות חלשה בתדירות ועל הלחץ באוויר הרגיל, סטייה קצת מן ההתנהגות האידיאלית.
מהי מהירות הקול?
בדרך כלל, מהירות הקול מתייחסת למהירות שבה גלי קול נעים דרך האוויר. עם זאת, מהירות הקול משתנה בהתאם לתוכן. לדוגמה, קול עובר לאט יותר בגזים, נוסע מהר יותר בנוזלים, ואפילו מהר יותר מוצקים.
אם מהירות הקול היא 343 מטר לשנייה באוויר, זה אומר שהוא נוסע ב 1,484 מטרים לשנייה במים על כ 5,120 מטר לשנייה בברזל. בחומר קשה במיוחד, כמו יהלום למשל, הצליל מגיע ל -12,000 מטרים לשנייה. זוהי המהירות הגבוהה ביותר שבה הקול יכול לנסוע בתנאים רגילים.
גלי קול במוצקים מורכבים מגלי דחיסה - בדומה לגזים ולנוזלים - וסוג אחר של גל הקרוי גלים סיבוביים, המצויים רק במוצקים. גלי סיבוב מוצקים בדרך כלל לנסוע במהירויות שונות.
המהירות של גלי דחיסה מוצקים נקבעת על ידי דחיסות, צפיפות מודולוס רוחבי של אלסטיות של המדיום. המהירות של הגלים הסיבוביים נקבעת רק על ידי הצפיפות ואת מודולוס של אלסטיות רוחבי של המודול.
בנוזל דינמי, מהירות הקול במדיום נוזלי, או גז או נוזלי, משמשת כמדד יחסי למהירות של אובייקט הנע דרך המדיום.
היחס בין מהירות האובייקט לבין מהירות האור בנוזל נקרא מספר מרץ של אובייקט. אובייקטים הנעים מהר יותר מ -1 במארס מכונים אובייקטים הנעים במהירויות קוליות.
מושגים בסיסיים
שידור קול ניתן להדגים באמצעות מודל המורכב מסדרה של כדורים מחוברים על ידי חוטים.
בחיים האמיתיים, הביצים מייצגות את המולקולות והחוטים מייצגים את הקשרים ביניהם. הצליל עובר דרך המודל לדחוס ולהרחיב את החוטים, העברת אנרגיה את הכדורים השכנים, אשר בתורו לשדר את האנרגיה החוטים שלהם וכן הלאה..
מהירות הקול דרך המודל תלויה נוקשות של החוטים ואת המסה של הכדורים.
כל עוד החלל בין הכדורים הוא קבוע, החוטים העבים יותר משדרים אנרגיה מהר יותר, וכדורים עם יותר אנרגיה לשדר המסה לאט יותר. השפעות כגון פיזור והשתקפות ניתן גם להבין עם המודל הזה.
בכל חומר אמיתי, הנוקשות של החוטים נקראת מודולוס אלסטי והמסה מתאימה לצפיפות. אם כל שאר הדברים שווים, הצליל ייסע לאט יותר בחומרים ספוגיים ומהירים יותר בחומרים נוקשים יותר.
לדוגמה, צליל עובר 1.59 פעמים מהר יותר מאשר ניקל מאשר ברונזה כי הנוקשות של ניקל הוא גדול יותר באותה צפיפות.
באופן דומה, הצליל עובר במהירות של 1.41 פעמים בגז מימן קל (פרוטיום) מאשר בגז מימן כבד (דאוטריום), מאחר והגז הכבד בעל תכונות דומות, אך בעל צפיפות כפולה.
יחד עם זאת, "סוג דחיסה" קול ייסע מהר יותר מוצקים מאשר נוזלים לנסוע מהר נוזלים מאשר בגזים.
השפעה זו נובעת מכך שלמוצקים יש יותר קושי לדחוס מאשר נוזלים, ואילו נוזלים, לעומת זאת, קשה יותר לדחוס מאשר גזים..
גלי דחיסה וגלים סיבוביים
בגז או בנוזל, הצליל מורכב מגלי דחיסה. במוצקים, גלים מתפשטים דרך שני סוגים שונים של גלים. גל אורכי קשור עם דחיסה ו decompress לכיוון הנסיעה; זה אותו תהליך בגזים ונוזלים, עם גל דחיסה אנלוגי במוצקים.
רק גלי דחיסה קיימים בגזים ונוזלים. סוג נוסף של גל, הנקרא גל רוחבי או גל סיבובי, מתרחש רק במוצקים מאחר שרק מוצקים יכולים לעמוד בפני עיוותים אלסטיים.
הסיבה לכך היא כי עיוות אלסטי של המדיום הוא ניצב לכיוון הנסיעה של הגל. כיוון הסיבוב המעוות נקרא קיטוב של סוג זה של גל. בדרך כלל, גל רוחבי להתרחש כמו זוג קיטוב אורתוגונליים.
אלה סוגים שונים של גלים יכול להיות במהירויות שונות באותה תדירות. לכן, הם יכולים להגיע משקיף בזמנים שונים. דוגמה למצב זה מתרחשת ברעידות אדמה, כאשר גלי הדחיסה החדים מגיעים תחילה והגלים הרוחביים המתנדנדים מגיעים כעבור שניות.
מהירות הדחיסה של הגלים בנוזל נקבעת על ידי דחיסות וצפיפות המדיום.
ב מוצקים, גלים דחיסה מקבילים לאלה שנמצאו נוזלים, בהתאם דחיסות, צפיפות גורמים נוספים של מודולוס רוחבי של מודולוס.
המהירות של הגלים הסיבוביים, המתרחשים רק במוצקים, נקבעת רק על ידי המודולוס של הגמישות הרוחבית והצפיפות של המודול.
הפניות
- מהירות הקול במגוון מדיה גורפת. פיזיקה היפר מתוך hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
- מהירות הקול. מאוחזר מ mathpages.com.
- המדריך הראשי של אקוסטיקה. (2001). ניו יורק, ארצות הברית. מקגרו היל. מתוך wikipedia.com.
- מהירות הקול במים בטמפרטורות. ארגז הכלים של הנדסה. מאוחזר מתוך.
- מהירות הקול באוויר. פיסיקאים של תווים מוסיקליים. מקור: phy.mtu.edu.
- אפקטים אטמוספריים על מהירות הקול. (1979). דו"ח טכני של הביטחון מידע טכני מרכז. מתוך wikipedia.com.