Skaņas ātrums

- Ja mēs ļaujam skaļrunim radīt vienu īsu impulsu,

mēs radīsim impulsa vilni.

Mēs varam noteikt skaņas ātrumu,

aplūkojot šī sablīvējuma apgabala ātrumu,

kad tas pārvietojas vidē.

Sausā gaisā 20 grādos pēc Celsija,

skaņas ātrums ir aptuveni

343 metri sekundē jeb 767 jūdzes stundā.

Mēs varam arī novērot skaņas ātrumu

periodiskam, vienkāršam harmoniskam vilnim.

Viļņa ātrumu atkal var noteikt

pēc sablīvējuma apgabalu ātruma,

kad tie pārvietojas vidē.

Ņem vērā, ka skaņas ātrums nenozīmē

gaisa molekulu ātrumu, tām svārstoties šurpu turpu.

Gaisa molekulas kustas ar savu ātrumu,

bet ar skaņas ātrumu

mēs domājam svārstības ātrumu,

kad tā izplatās caur gaisa molekulām.

Mēs skaņu saucam par garenvilni,

jo vilnis izplatās paralēli

līnijai, ko iezīmē vides svārstības.

Otrs viļņu veids ir šķērsvilnis.

Šķērsviļņi rodas, kad viļņa ātrums

ir vērsts perpendikulāri vides svārstībām.

Viļņi uz stīgas vai ūdens virsmas viļņi

ir šķērsviļņu piemēri.

Ja mēs aplūkojam gaisa nobīdes grafiku

atkarībā no gaisa daļiņu stāvokļa,

mēs varam redzēt, ka, vilnim izplatoties,

šī viļņa forma pārvietojas pa labi.

Skaņas viļņa ātrumu var atrast,

atrodot viļņa maksimumu ātrumu

vai viļņa minimumu ātrumu,

vai jebkura atsevišķa punkta ātrumu uz viļņa formas.

Lai izveidotu formulu skaņas viļņa ātrumam,

paskatīsimies uzmanīgāk, kas šeit notiek.

Pavēro vienu no gaisa molekulām.

Šai molekulai ir nepieciešams viens periods,

lai tā veiktu pilnu svārstības ciklu šurpu turpu.

Šajā laikā viļņa forma ir pavirzījusies uz priekšu

par vienu pilnu viļņa garumu.

Tas ir tāpēc, ka vilnim ir jāpārklājas

ar savu sākotnējo formu pēc viena perioda,

jo molekulai ir jāatgriežas tur, kur tā sāka,

pēc viena perioda.

Tā kā ātrums tiek definēts kā attālums pret laiku,

skaņas viļņa ātrumam ir jābūt

viļņa garumam,

dalītam ar viļņa periodu.

Tā kā vilnis pārvietojas uz priekšu

par vienu viļņa garumu viena perioda laikā,

vai, tā kā frekvence ir definēta kā viens dalīts ar periodu,

mēs varam pārrakstīt šo formulu kā

ātrums ir vienāds ar viļņa garumu, reizinātu ar frekvenci.

Šī formula ir pareiza visu veidu viļņiem,

ne tikai skaņas viļņiem,

jo vilnim katrā periodā ir jāpārvietojas par vienu viļņa garumu.

Esi uzmanīgs.

Aplūkojot šo vienādojumu,

tu varētu nodomāt, ka, ja tu pielāgo

sava skaļruņa iestatījumus un palielini frekvenci,

tu arī palielinātu skaņas viļņa ātrumu,

bet tā nenotiek.

Ja tu palielini frekvenci,

viļņa garums samazināsies par to pašu reizinātāju,

un skaņas viļņa ātrums paliks nemainīgs.

Patiesībā, tu neko nevari izdarīt ar skaļruni,

kas palielinātu skaņas ātrumu.

Kā tad mēs varam mainīt skaņas ātrumu?

Vienīgais veids, kā mainīt skaņas ātrumu,

ir mainīt vidi vai vides īpašības,

kurā skaņas vilnis pārvietojas.

Lai mainītu skaņas ātrumu gaisā,

tu vari mainīt, piemēram, gaisa temperatūru,

vai gaisa mitrumu, vai gaisa blīvumu,

vai arī tu vari pilnībā nomainīt gaisu pret citu vielu,

piemēram, ūdeni, hēliju vai metālu.

Visas šīs izmaiņas vidē

ietekmētu skaņas ātrumu.

Cilvēki bieži domā, ka, mainot amplitūdu,

mainīsies skaņas viļņa ātrums, bet tā nav.

Ja mēs radām skaņas impulsu ar lielu amplitūdu,

tas nepārvietosies ātrāk par skaņas impulsu

ar mazu amplitūdu tajā pašā vidē.

Tas vienkārši būs skaļāks.

Citiem vārdiem sakot,

kliedzot neviens tevi nesadzirdēs ātrāk,

viņi vienkārši dzirdēs skaļāku skaņu,

kad skaņas vilnis sasniegs viņu atrašanās vietu.

Atceries, skaņas viļņa ātrumu

pilnībā nosaka tās vides īpašības,

kurā tas pārvietojas.