De Snelheid van geluid Het is gelijk aan de snelheid waarmee longitudinale golven zich voortplanten in een bepaald medium en opeenvolgende compressies en expansies produceren, die de hersenen interpreteren als geluid.
De geluidsgolf legt dus een bepaalde afstand af per tijdseenheid, die afhankelijk is van het medium waardoor hij reist. Inderdaad, geluidsgolven hebben een materieel medium nodig om de compressies en expansies die we in het begin noemden, te laten plaatsvinden. Dat is de reden waarom geluid zich niet voortplant in een vacuüm.
Maar aangezien we ondergedompeld in een oceaan van lucht leven, hebben geluidsgolven een medium om in te bewegen en dat maakt gehoor mogelijk. De geluidssnelheid in lucht en bij 20 ° C is ongeveer 343 m / s (1087 ft / s), of ongeveer 1242 km / u als u dat wilt.
Om de geluidssnelheid in een medium te vinden, moet je iets weten over de eigenschappen hiervan.
Omdat het materiële medium afwisselend wordt gemodificeerd zodat het geluid zich kan voortplanten, is het goed om te weten hoe gemakkelijk of moeilijk het is om het te vervormen. De compressibiliteitsmodulus B biedt ons die informatie.
Aan de andere kant, de dichtheid van het medium, aangeduid als ρ het zal ook relevant zijn. Elk medium heeft een traagheid die zich vertaalt in weerstand tegen het passeren van geluidsgolven, in welk geval hun snelheid lager zal zijn.
Artikel index
De geluidssnelheid in een medium hangt af van zijn elastische eigenschappen en van de traagheid die het presenteert. Worden v de snelheid van het geluid, in het algemeen is het waar dat:
De wet van Hooke stelt dat de vervorming in het medium evenredig is met de spanning die erop wordt uitgeoefend. De evenredigheidsconstante is precies de samendrukbaarheidsmodulus of volumetrische modulus van het materiaal, die wordt gedefinieerd als:
B = - Stress / spanning
Strain is de verandering in volume DV gedeeld door origineel volume V.of. Omdat het het quotiënt tussen volumes is, mist het afmetingen. Het minteken ervoor B het betekent dat vóór de bestede inspanning, wat een toename van de druk is, het uiteindelijke volume kleiner is dan het aanvankelijke volume. Met dit alles verkrijgen we:
B = -ΔP / (ΔV / Vof
In een gas is de volumetrische modulus evenredig met de druk P., zijnde de constante van evenredigheid γ, genaamd de adiabatische gasconstante. Op deze manier:
B = γP
De eenheden van B zijn hetzelfde als druk. Eindelijk is de snelheid als:
Ervan uitgaande dat het medium een ideaal gas is, kunnen we de druk vervangen P. in de gegeven uitdrukking voor snelheid. Voor ideale gassen geldt dat:
Laten we nu eens kijken wat er gebeurt als het medium een uitgebreide vaste stof is. In dit geval moet rekening worden gehouden met een andere eigenschap van het medium, namelijk de reactie op schuif- of schuifspanning:
Zoals we hebben gezien, kan de geluidssnelheid in een medium worden bepaald door de eigenschappen van dat medium te kennen. Zeer elastische materialen laten het geluid gemakkelijker verspreiden, terwijl dichtere materialen weerstaan.
Temperatuur is een andere belangrijke factor. Uit de vergelijking voor de geluidssnelheid in een ideaal gas blijkt dat hoe hoger de temperatuur T, hogere snelheid. Zoals altijd, hoe hoger de molecuulmassa M., langzamere snelheid.
Om deze reden is de geluidssnelheid niet strikt constant, aangezien atmosferische omstandigheden variaties in de waarde kunnen introduceren. Het is te verwachten dat op grotere hoogten boven zeeniveau, waar de temperatuur lager en lager wordt, de geluidssnelheid zal afnemen..
Geschat wordt dat in lucht de geluidssnelheid met 0,6 m / s toeneemt voor elke 1 ° C dat de temperatuur stijgt. In water neemt het 2,5 m / s toe voor elke 1 ° C hoogte.
Afgezien van de reeds genoemde factoren -elasticiteit, dichtheid en temperatuur-, zijn er andere die tussenkomen in de voortplanting van geluidsgolven, afhankelijk van het medium, zoals:
-Lucht vochtigheid
-Zoutgehalte van het water
-Druk
Uit wat hierboven is gezegd, volgt dat temperatuur echt een bepalende factor is voor de geluidssnelheid in een medium..
Naarmate de stof opwarmt, worden de moleculen sneller en kunnen ze vaker botsen. En hoe meer ze botsen, hoe sneller het geluid binnenin..
Geluiden die door de atmosfeer reizen, zijn meestal erg interessant, omdat we erin worden ondergedompeld en de meeste tijd doorbrengen. In dit geval is de relatie tussen de geluidssnelheid en de temperatuur als volgt:
331 m / s is de geluidssnelheid in lucht bij 0ºC. Bij 20ºC, wat overeenkomt met 293 kelvin, is de geluidssnelheid 343 m / s, zoals vermeld aan het begin.
Het Mach-getal is een dimensieloze grootheid die wordt gegeven door het quotiënt tussen de snelheid van een object, meestal een vliegtuig, en de geluidssnelheid. Het is erg handig om te weten hoe snel een vliegtuig beweegt met betrekking tot geluid.
Worden M. Mach-nummer, V. de snelheid van het object -het vliegtuig-, en vs de snelheid van het geluid hebben we:
M = V / vs
Als een vliegtuig bijvoorbeeld beweegt met Mach 1, is de snelheid dezelfde als die van geluid, als het beweegt met Mach 2 is het twee keer zo snel, enzovoort. Sommige experimentele onbemande militaire vliegtuigen hebben zelfs Mach 20 bereikt.
Geluid reist bijna altijd sneller in vaste stoffen dan in vloeistoffen, en op zijn beurt is het sneller in vloeistoffen dan in gassen, hoewel er enkele uitzonderingen zijn. De bepalende factor is de elasticiteit van het medium, die groter is naarmate de cohesie tussen de atomen of moleculen waaruit het bestaat toeneemt..
Geluid reist bijvoorbeeld sneller in water dan in lucht. Dit valt direct op als je je hoofd in zee dompelt. De geluiden van verre bootmotoren zijn gemakkelijker te horen dan wanneer ze uit het water zijn.
Hieronder staat de geluidssnelheid voor verschillende media, uitgedrukt in m / s:
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.