Кто-нибудь когда-нибудь задумывался о том, как звук достигает наших ушей? Почему, если мы видим фейерверк вдалеке, иногда мы слышим звук только после того, как фейерверк погаснет? В этой статье мы обсудим звуковые волны.
Звук - это тип продольной волны, возникающей в результате вибрации объекта. Продольные волны - это волны, направление распространения которых параллельно направлению колебаний. Посмотрите на иллюстрацию ниже.
Когда кто-то ударяет по барабану, поверхность барабана будет вибрировать и напрягаться, а также растягивать столб воздуха. Колеблющиеся молекулы воздуха будут распространяться в разных направлениях. Пристыкованные молекулы воздуха будут создавать высокое давление, а растянутые молекулы - низкое. Волны высокого и низкого давления будут попеременно двигаться в воздухе. Эти волны будут улавливаться человеческим ухом, чтобы мы могли слышать звук.
(Также прочтите: Каковы свойства волн?)
Звуковые волны входят в состав механических волн, для распространения которых требуется среда. Среда распространения этой волны может быть твердой, жидкой или газовой. Следовательно, звуковые волны не могут распространяться в вакууме, например, в космосе.
Звуковые волны имеют ограниченную скорость распространения. Поэтому, когда мы видим фейерверк вдалеке, мы сначала видим свет фейерверка, а затем звук извержения. Световые волны имеют самую высокую скорость, о которой мы знаем на сегодняшний день, и звуковые волны не могут соответствовать, не говоря уже о том, чтобы превосходить их.
Скорость звуковых волн зависит от среды распространения. Звук через твердые тела распространяется быстрее, чем газы. Скорость распространения этих волн также увеличивается с увеличением температуры среды.
Чтобы рассчитать скорость распространения звука в зависимости от среды, мы можем использовать следующие формулы.
Звуки быстро распространяются в твердых телах
Y = модуль Юнга твердого тела
ρ = плотность твердого тела
Звуки быстро распространяются в твердых телах
B = Модуль упругости жидкости
ρ = плотность жидкости
Звук быстро проникает в газ
γ = газовая постоянная
R = общая газовая постоянная (8,31 Дж / моль K)
T = Абсолютная температура газа
M = относительная молекулярная масса газа