Скорость звука

Когда мы говорим о скорости звука, что именно мы имеем в виду? Теперь вы знаете, что звук несет энергию в виде волн, вы можете видеть, что скорость звука означает скорость, с которой волны движутся — скорость, с которой энергия перемещается между двумя местами. Когда мы говорим, что реактивный самолет «преодолевает звуковой барьер», мы имеем в виду, что он разгоняется настолько быстро, что обгоняет невероятно мощные (то есть шумные) звуковые волны, которые издают его двигатели, создавая ужасный шум, называемый звуковым. бум в процессе. Вот почему вы увидите самолет-истребитель, летящий над головой через секунду или две, прежде чем услышите злобный крик его реактивных двигателей.

Скорость звука в воздухе (на уровне моря) составляет около 1220 км / ч (760 миль в час или 340 метров в секунду). По сравнению со световыми волнами звуковые волны распространяются со скоростью улитки — примерно в миллион раз медленнее. Вы видите молнию намного раньше, чем слышите ее, потому что световые волны достигают вас почти мгновенно, в то время как звуковым волнам требуется около 5 секунд, чтобы покрыть каждые 1,6 км (1 миля).

Что касается скорости звука, стоит отметить, что такой вещи действительно нет! Звук распространяется с различной скоростью в твердых телах, жидкостях и газах, и даже его скорость в одном материале может изменяться. Грубо говоря, как быстро это зависит от плотности среды (сколько там материала). В твердых телах он быстрее, чем в жидкостях, и быстрее в жидкостях, чем в газах: например, звук распространяется в стали примерно в 15 раз быстрее, чем в воздухе, и в воде примерно в четыре раза быстрее, чем в воздухе. Поэтому киты используют звук для связи через такие большие расстояния и почему подводные лодки используют SONAR (звуковая навигация и дальность; звуковая навигационная система, похожая на радар, использующая только звуковые волны вместо радиоволн). Это также одна из причин, почему очень трудно понять, откуда исходит шум лодочного двигателя, если вы плаваете в море. (Примечание. То, как звук распространяется через разные материалы, гораздо сложнее, чем это. Хорошее объяснение того, почему звук в телах идет так быстро, означало бы, что мне придется ввести концепцию под названием фононы — и я собираюсь пропустить это в эта простая, вводная статья, скрывающая сложности и «притворяющаяся», что плотность — это то, что имеет значение.)

Звук распространяется с разными скоростями в разных газах и может идти с разными скоростями даже в одном и том же газе. Например, в теплом воздухе у земли он движется намного быстрее, чем в более холодном, например, выше. И он движется примерно в три раза быстрее в газообразном гелии, чем в обычном воздухе, потому что гелий гораздо менее плотный. Вот почему люди, которые вдыхают гелий, говорят смешными голосами: звуковые волны заставляют их голоса двигаться быстрее — с большей частотой.