VITEZA SUNET este viteza de propagare în mediu. Este determinată de elasticitatea și densitatea mediului. Pentru , alergare fără să-și schimbe forma cu viteza Cuîn direcția axei X, presiunea sonoră R poate fi reprezentat ca p = p(x - - ct), Unde t- timp. Pentru armonie plată, valuri într-un mediu fără dispersie și S. z. exprimată în termeni de frecvenţă w şi k Floy c = w/k. Cu viteza Cu extinde faza armonică. valuri, deci Cu numit de asemenea faza S. h. În mediile în care forma unei unde arbitrare se modifică în timpul propagării, armonică. undele își păstrează totuși forma, dar viteza fazei se dovedește a fi diferită pentru diferite frecvențe, adică există dispersia sunetului.În aceste cazuri se folosește și conceptul viteza grupului. La amplitudini mari ale undei elastice apar efecte neliniare (vezi Fig. Acustica neliniară), ducând la modificarea oricăror unde, inclusiv a celor armonice: viteza de propagare a fiecărui punct al profilului de undă depinde de presiunea în acest punct, crescând odată cu creșterea presiunii, ceea ce duce la o distorsiune a formei de undă.
Viteza sunetului în gaze și lichide. În gaze și lichide, sunetul se propagă sub formă de unde de volum de compresie - rarefacție. Dacă procesul de propagare are loc adiabatic (care, de regulă, are loc), adică schimbarea temperaturii în unda sonoră nu are timp să se egalizeze și 1 / 2
, perioada de căldură din zonele încălzite (comprimate) nu are timp să treacă la rece (rarefiată), apoi S. z. este egal cu 
, Unde R este presiunea în substanță, este densitatea acesteia și indicele s arată că derivata este luată la entropie constantă. Acest S. z. numit adiabatic. Expresie pentru S. h. poate fi scris și într-una din următoarele forme:
Unde La iad - adiabatic. modulul de compresie globală a materiei, - adiabatic. compresibilitate, 
- izotermă compresibilitatea, = - raportul capacitatilor termice la presiune si volum constante.
În solidele mărginite, pe lângă undele longitudinale și transversale, există și alte tipuri de unde. Astfel, de-a lungul suprafeței libere a unui corp solid sau de-a lungul limitei sale cu un alt mediu, unde acustice de suprafață, a cărui viteză este mai mică decât viteza undelor în vrac caracteristice unui material dat. Pentru plăci, baghete etc. acustic solid. ghidurile de undă sunt caracteristice unde normale, a cărui viteză este determinată nu numai de proprietățile substanței, ci și de geometria corpului. Deci, de exemplu, S. z. pentru o undă longitudinală într-o tijă cu st, ale cărei dimensiuni transversale sunt mult mai mici decât lungimea de undă a sunetului, diferă de S. z. într-un mediu nerestricționat cu l(Tabelul 3): 
Metode de măsurare S.z. poate fi subdivizat în rezonanți, interferometrici, pulsați și optici (vezi. Difracția luminii prin ultrasunete). Naib. acuratețea măsurării este obținută folosind metode puls-fază. optic metodele fac posibilă măsurarea S. h. la frecvenţe hipersonice (până la 10 11 -10 12 Hz). abs. măsurători S. z. pe cel mai bun echipament cca. 10 -3%, în timp ce precizia se referă. măsurători de ordinul a 10 -5% (de exemplu, când se studiază dependența Cu din temp-ry sau mag. câmp sau asupra concentrației de impurități sau defecte).
măsurătorile lui S. h. sunt folosite pentru a determina pluralul. proprietățile unei substanțe, cum ar fi valoarea raportului capacităților termice pentru gaze, compresibilitatea gazelor și lichidelor, modulele de elasticitate a solidelor, temperatura Debye etc. (vezi. acustica moleculara). Definiția micilor modificări S. z. este sensibil. metoda de fixare a impuritatilor in gaze si lichide. În solide, măsurarea S. h. si dependenta sa de dec. factori (temperaturi, câmpuri magnetice etc.) vă permit să studiați structura materiei: structura de bandă a semiconductorilor, structura suprafeței Fermi în metale etc.
Lit.: Landau L. D., L i f sh și c E. M., Teoria elasticității, ed. a IV-a, M., 1987; al lor, Gidrodinamika, ed. a IV-a, M., 1988; Bergman L. și aplicarea acesteia în știință și tehnologie, trad. din germană, ed. a II-a, M., 1957; Mihailov I. G., Solovyov V. A., Syrnikov Yu. P., Fundamentele acusticii moleculare, Moscova, 1964; Tabele pentru calcularea vitezei sunetului în apa de mare, L., 1965; Acustica fizică, ed. W. Mason, trad. din engleză, vol. 1, partea A, M., 1966, cap. patru; vol. 4, partea B, M., 1970, cap. 7; Kolesnikov A. E., Măsurători cu ultrasunete, ed. a 2-a, M., 1982; Truell R., El'baum Ch., Ch și B., Metode cu ultrasunete în fizica stării solide, trad. din engleză, M., 1972; Cristale acustice, ed. M. P. Shaskolskaya, M., 1982; V. A. Krasil’nikov și V. V. Krylov, Introducere în acustica fizică, Moscova, 1984. A. L. Polyakova.
Viteza sunetului- viteza de propagare a undelor elastice într-un mediu: atât longitudinală (în gaze, lichide sau solide), cât și transversală, forfecare (în solide). Este determinată de elasticitatea și densitatea mediului: de regulă, viteza sunetului în gaze este mai mică decât în lichide, iar în lichide este mai mică decât în solide. De asemenea, în gaze, viteza sunetului depinde de temperatura substanței date, în monocristale - de direcția de propagare a undei. De obicei nu depinde de frecvența undei și de amplitudinea acesteia; în cazurile în care viteza sunetului depinde de frecvență, se vorbește despre dispersia sunetului.
YouTube enciclopedic
-
1 / 5
Deja la autori antici există un indiciu că sunetul se datorează mișcării oscilatorii a corpului (Ptolemeu, Euclid). Aristotel notează că viteza sunetului are o mărime finită și își imaginează corect natura sunetului. Încercările de a determina experimental viteza sunetului datează din prima jumătate a secolului al XVII-lea. F. Bacon în „New Organon” a subliniat posibilitatea de a determina viteza sunetului prin compararea intervalelor de timp dintre un fulger de lumină și sunetul unei împușcături. Folosind această metodă, diverși cercetători (M. Mersenne, P. Gassendi, W. Derham, un grup de oameni de știință de la Academia de Științe din Paris - D. Cassini, J. Picard, Huygens, Römer) au determinat valoarea vitezei sunetului (în funcție de condițiile experimentale, 350- 390 m/s). Teoretic, problema vitezei sunetului a fost luată în considerare pentru prima dată de I. Newton în „Principiile” sale. Newton a presupus de fapt propagarea izotermă a sunetului, așa că a primit o subestimare. Valoarea teoretică corectă pentru viteza sunetului a fost obținută de Laplace.
Calculul vitezei în lichid și gaz
Viteza sunetului într-un lichid (sau gaz) omogen se calculează prin formula:
c = 1 β ρ (\displaystyle c=(\sqrt (\frac (1)(\beta \rho ))))În derivate parțiale:
c = − v 2 (∂ p ∂ v) s = − v 2 C p C v (∂ p ∂ v) T (\displaystyle c=(\sqrt (-v^(2))\left((\frac (\) parțial p)(\partial v))\right)_(s)))=(\sqrt (-v^(2)(\frac (Cp)(Cv))\left((\frac (\partial p) (\partial v))\right)_(T))))Unde β (\displaystyle \beta)- compresibilitatea adiabatică a mediului; ρ (\displaystyle \rho )- densitate; Cp (\displaystyle Cp)- capacitate termică izobară; c v (\displaystyle cv)- capacitate termică izocoră; p (\displaystyle p), v (\displaystyle v), T (\displaystyle T)- presiunea, volumul specific si temperatura mediului; s (\displaystyle s)- entropia mediului.
Pentru soluții și alte sisteme fizico-chimice complexe (de exemplu, gaz natural, ulei) aceste expresii pot da o eroare foarte mare.
Solide
În prezența interfețelor, energia elastică poate fi transferată prin unde de suprafață tipuri variate, a cărui viteză diferă de viteza undelor longitudinale și transversale. Energia acestor oscilații poate fi de multe ori mai mare decât energia undelor masive.
Știm că sunetul călătorește prin aer. De aceea putem auzi. Niciun sunet nu poate exista în vid. Dar dacă sunetul este transmis prin aer, datorită interacțiunii particulelor sale, nu va fi transmis prin alte substanțe? Va fi.
Propagarea și viteza sunetului în diferite medii
Sunetul nu este transmis doar prin aer. Probabil că toată lumea știe că dacă pui urechea la perete, poți auzi conversații în camera alăturată. În acest caz, sunetul este transmis de perete. Sunetele se propagă în apă și în alte medii. În plus, propagarea sunetului în diverse medii se întâmplă altfel. Viteza sunetului variază in functie de substanta.
În mod curios, viteza de propagare a sunetului în apă este de aproape patru ori mai mare decât în aer. Adică peștii aud „mai repede” decât noi. În metale și sticlă, sunetul circulă și mai repede. Acest lucru se datorează faptului că sunetul este o vibrație a mediului, iar undele sonore se deplasează mai repede în medii cu o conductivitate mai bună.
Densitatea și conductivitatea apei este mai mare decât cea a aerului, dar mai mică decât cea a metalului. În consecință, sunetul este transmis diferit. Când treceți de la un mediu la altul, viteza sunetului se schimbă.
Lungimea undei sonore se modifică, de asemenea, pe măsură ce trece de la un mediu la altul. Doar frecvența sa rămâne aceeași. Dar de aceea putem distinge cine vorbește în mod specific chiar și prin pereți.
Deoarece sunetul este vibrații, toate legile și formulele pentru vibrații și unde sunt bine aplicabile vibrațiilor sonore. Când se calculează viteza sunetului în aer, ar trebui să se țină seama și de faptul că această viteză depinde de temperatura aerului. Pe măsură ce temperatura crește, viteza de propagare a sunetului crește. În condiții normale, viteza sunetului în aer este de 340.344 m/s.
unde sonore
Undele sonore, așa cum se știe din fizică, se propagă în medii elastice. De aceea sunetele sunt bine transmise de pământ. Punând urechea la pământ, poți auzi de departe zgomotul pașilor, zgomotul copitelor etc.
În copilărie, toată lumea trebuie să se fi distrat punând urechea la șine. Sunetul roților trenului este transmis de-a lungul șinelor pe câțiva kilometri. Pentru a crea efectul invers al absorbției sunetului, se folosesc materiale moi și poroase.
De exemplu, pentru a proteja o cameră de sunete străine sau, dimpotrivă, pentru a preveni scăparea sunetelor din cameră în exterior, camera este tratată și izolata fonic. Peretii, podeaua si tavanul sunt tapitate cu materiale speciale pe baza de polimeri spumati. Într-o astfel de tapițerie, toate sunetele se atenuează foarte repede.
>>Fizica: Sunetul în diferite medii
Propagarea sunetului necesită un mediu elastic. Undele sonore nu se pot propaga în vid, deoarece nu există nimic care să vibreze acolo. Acest lucru poate fi verificat pe experiență simplă. Dacă punem un clopot electric sub un clopot de sticlă, pe măsură ce aerul este pompat de sub clopot, vom constata că sunetul de la clopot va deveni din ce în ce mai slab până când se oprește cu totul.
sunet în gaze. Se știe că în timpul unei furtuni vedem mai întâi un fulger și abia după un timp auzim tunete (Fig. 52). Această întârziere apare din cauza faptului că viteza sunetului în aer este mult mai mică decât viteza luminii care vine de la fulger.
Viteza sunetului în aer a fost măsurată pentru prima dată în 1636 de omul de știință francez M. Mersenne. La o temperatură de 20 °C, este egală cu 343 m/s, adică 1235 km/h. Rețineți că la această valoare viteza unui glonț tras de la o mitralieră Kalashnikov (PK) scade la o distanță de 800 m. Viteza la foc a glonțului este de 825 m/s, ceea ce este mult mai mare decât viteza sunetului în aer. Prin urmare, o persoană care aude sunetul unei împușcături sau fluierul unui glonț nu trebuie să-și facă griji: acest glonț a trecut deja pe lângă el. Glonțul depășește sunetul împușcăturii și ajunge la victimă înainte de a sosi sunetul.
Viteza sunetului depinde de temperatura mediului: cu o creștere a temperaturii aerului crește, iar cu o scădere, scade. La 0 °C, viteza sunetului în aer este de 331 m/s.
Sunetul se deplasează în diferite gaze cu viteză diferită. Cu cât masa moleculelor de gaz este mai mare, cu atât viteza sunetului în ea este mai mică. Deci, la o temperatură de 0 ° C, viteza sunetului în hidrogen este de 1284 m/s, în heliu - 965 m/s, iar în oxigen - 316 m/s.
Sunetul în lichide. Viteza sunetului în lichide este în general mai mare decât viteza sunetului în gaze. Viteza sunetului în apă a fost măsurată pentru prima dată în 1826 de J. Colladon și J. Sturm. Ei și-au efectuat experimentele pe lacul Geneva din Elveția (Fig. 53). Pe o barcă au dat foc prafului de pușcă și, în același timp, au lovit un clopoțel coborât în apă. Sunetul acestui clopoțel, cu ajutorul unui claxon special, coborât și el în apă, a fost surprins pe o altă barcă, care se afla la o distanță de 14 km de prima. Viteza sunetului în apă a fost determinată din intervalul de timp dintre fulgerul luminii și sosirea semnalului sonor. La o temperatură de 8 °C, s-a dovedit a fi aproximativ 1440 m/s.
La limita dintre două medii diferite, o parte din unda sonoră este reflectată, iar o parte se deplasează mai departe. Când sunetul trece din aer în apă, 99,9% din energia sonoră este reflectată înapoi, dar presiunea în unda sonoră care a trecut în apă este de aproape 2 ori mai mare. Aparatul auditiv al peștilor reacționează exact la acest lucru. Prin urmare, de exemplu, țipetele și zgomotele deasupra suprafeței apei sunt o modalitate sigură de a speria viața marina. Aceste țipete nu vor asurzi o persoană care se află sub apă: atunci când sunt scufundate în apă, „dopurile” de aer vor rămâne în urechi, ceea ce o va salva de suprasolicitarea sonoră.
Când sunetul trece din apă în aer, 99,9% din energie este reflectată din nou. Dar dacă presiunea sonoră a crescut în timpul trecerii de la aer la apă, acum, dimpotrivă, scade brusc. Din acest motiv, de exemplu, sunetul care apare sub apă atunci când o piatră lovește pe alta nu ajunge la o persoană în aer.
Acest comportament al sunetului la granița dintre apă și aer a dat motive să ia în considerare strămoșii noștri lumea submarină„lumea tăcerii”. De aici și expresia: „Este mut ca peștele”. Cu toate acestea, chiar și Leonardo da Vinci a sugerat să ascultați sunete subacvatice punând urechea la o vâslă coborâtă în apă. Folosind această metodă, puteți vedea că peștii sunt de fapt destul de vorbăreți.
Sunetul în solide. Viteza sunetului în solide este mai mare decât în lichide și gaze. Dacă puneți urechea pe șină, atunci după ce ați lovit celălalt capăt al șinei, veți auzi două sunete. Unul dintre ei vă va ajunge la ureche de-a lungul șinei, celălalt - prin aer.
Pământul are o bună conductivitate a sunetului. Așadar, pe vremuri, în timpul unui asediu, în zidurile cetății erau așezați „ascultători”, care, prin sunetul transmis de pământ, puteau stabili dacă inamicul sapa pe ziduri sau nu. Punendu-și urechea la pământ, urmăreau și apropierea cavaleriei inamice.
Corpurile solide conduc bine sunetul. Din această cauză, oamenii care și-au pierdut auzul sunt uneori capabili să danseze pe muzică care ajunge la nervii lor auditivi nu prin aer și urechea exterioară, ci prin podea și oase.
1. De ce, în timpul unei furtuni, vedem mai întâi fulgere și abia apoi auzim tunete? 2. Ce determină viteza sunetului în gaze? 3. De ce o persoană care stă pe malul unui râu nu aude sunetele care apar sub apă? 4. De ce „ascultătorii” care în antichitate urmau lucrările de pământ ale inamicului erau adesea oameni orbi?
Sarcina experimentală . Punând un ceas la un capăt al tablei (sau o riglă lungă de lemn), puneți urechea la celălalt capăt. Ce auzi? Explicați fenomenul.
S.V. Gromov, N.A. Patria, Fizica clasa a VIII-a
Trimis de cititorii de pe site-uri de internet
Planificarea fizicii, planurile de lectii de fizica, programul școlar, manuale si carti de fizica clasa a 8-a, cursuri si teme de fizica pentru clasa a 8-a
Conținutul lecției rezumatul lecției suport cadru prezentarea lecției metode accelerative tehnologii interactive Practică sarcini și exerciții ateliere de autoexaminare, training-uri, cazuri, quest-uri teme pentru acasă întrebări discuții întrebări retorice de la elevi Ilustrații audio, clipuri video și multimedia fotografii, imagini grafice, tabele, scheme umor, anecdote, glume, pilde cu benzi desenate, proverbe, cuvinte încrucișate, citate Suplimente rezumate articole jetoane pentru curioase cheat sheets manuale de bază și glosar suplimentar de termeni altele Îmbunătățirea manualelor și lecțiilorcorectarea erorilor din manual actualizarea unui fragment din manualul elementelor de inovare la lecție înlocuirea cunoștințelor învechite cu altele noi Doar pentru profesori lecții perfecte planul calendaristic pentru anul instrucțiuni programe de discuții Lecții integrateSunetul este un însoțitor al unei persoane de-a lungul vieții sale, dar puțini oameni se gândesc la ce este acesta. DIN punct fizic sunetul de vizualizare poate fi definit ca mișcarea oscilativă a particulelor într-un mediu elastic, cauzată de orice sursă, unde scurte - elastice. Viteza sunetului depinde de proprietățile mediului în care se propagă: în gaze, viteza sunetului crește odată cu creșterea temperaturii și presiunii; în lichide, dimpotrivă, scade odată cu creșterea temperaturii (excepția este apa, în care viteza sunetului atinge un maxim la 74 ° C și începe să scadă numai la creșterea acestei temperaturi). Pentru aer, această dependență arată astfel:
C \u003d 332 + 0,6t c
unde t c - temperatura mediu inconjurator, °С.
Tabelul 1. Viteza sunetului în gaze, la o temperatură de 0 °C și o presiune de 1 atm.
Tabelul 2. Viteza sunetului în lichide la 20 °C.
La solide, viteza sunetului este determinată de modulul de elasticitate al substanței și densitatea acesteia, în timp ce acesta diferă în direcțiile longitudinale și transversale în solide izotrope nelimitate.
Tabelul 3. Viteza sunetului într-un solid.
Tabelele arată clar că viteza sunetului în gaze este mult mai mică decât în solide, motiv pentru care în filmele de aventură puteți vedea adesea cum oamenii își pun urechea la pământ pentru a determina prezența unei urmăriri, acest fenomen fiind vizibil și în apropiere. calea ferată, când sunetul unui tren care sosește se aude de două ori - prima dată este transmis de-a lungul șinelor și a doua oară - prin aer.
Proces mișcare oscilatorie a unei unde sonore într-un mediu elastic poate fi descris folosind exemplul de vibrație a unei particule de aer:
O particulă de aer forțată să se miște din poziția inițială, din cauza impactului unei surse de sunet, este afectată de forțele elastice ale aerului care încearcă să o readucă la locul inițial, dar datorită acțiunii forțelor de inerție, revenind, particula nu nu se oprește, ci începe să se îndepărteze de poziția de pornire în direcția opusă, unde, la rândul lor, acționează și forțe elastice asupra acesteia, iar procesul se repetă.
Figura 1. Procesul de oscilație al unei particule de aer
În figură (Figura nr. 2), moleculele de aer sunt reprezentate figurativ prin puncte mici (există mai mult de un milion de ele într-un metru cub de aer). Presiunea din regiunea de compresie este puțin mai mare decât presiunea atmosferică, iar în regiunea de rarefacție, dimpotrivă, este mai mică decât presiunea atmosferică. Direcția săgeților mici arată că, în medie, moleculele se deplasează la dreapta din regiunea de înaltă presiune și la stânga din regiunea de joasă presiune. Oricare dintre moleculele prezentate parcurge mai întâi o anumită distanță la dreapta, apoi aceeași distanță la stânga, în raport cu poziția inițială, în timp ce unda sonoră se deplasează uniform spre dreapta.
Figura 2. Mișcarea unei unde sonoreEste logic să punem întrebarea - de ce se mișcă unda sonoră spre dreapta? Răspunsul poate fi găsit examinând cu atenție săgețile din figura anterioară: în locul în care săgețile se ciocnesc între ele, se formează un nou grup de molecule, care va fi situat în partea dreaptă a zonei inițiale de compresie, la mișcare. departe de punctul de ciocnire al săgeților, densitatea moleculelor scade și se formează o nouă zonă de rarefacție, prin urmare, mișcarea treptată a zonei de înaltă și joasă presiune duce la mișcarea undei sonore. în partea dreaptă.
Figura 3. Procesul de deplasare a unei unde sonoreMișcarea ondulatorie de acest fel se numește oscilație armonică sau sinusoidală, care este descrisă după cum urmează:
x(t) = Asin(wt + φ)
O undă simplă armonică sau sinusoidală este prezentată în figură (Figura nr. 4):
Figura 4. Undă sinusoidalăLungimea de undă depinde de frecvența și viteza sunetului:
Lungime de undă (m) = Viteza undei (m/s) / Frecvență (Hz)
În consecință, frecvența este determinată după cum urmează:
Frecvență (Hz) = Viteza undei (m/s) / Lungimea de undă (m)
Din aceste ecuații se poate observa că odată cu creșterea frecvenței – lungimea de undă scade.
Tabel 4. Lungimea de undă în funcție de frecvența sunetului (la o temperatură a aerului de 20 ° C)
Intensitatea sunetului scade pe măsură ce distanța față de sursa sonoră crește. Dacă o undă sonoră nu întâlnește obstacole în calea sa, atunci sunetul de la sursă se propagă în toate direcțiile. Figura (Figura nr. 5) arată natura modificării intensității sunetului - puterea sunetului rămâne constantă, dar aria de impact crește, motiv pentru care intensitatea sunetului scade într-un singur punct.
Figura 5. Procesul de propagare a unei unde sonoreÎn funcție de tipul sursei sonore, există mai multe tipuri de unde sonore: plate, sferice și cilindrice.
Figura 6. Tipuri de surse sonore și o reprezentare schematică a frontului de undă
a - placă extinsă; b - sursă punctuală; c - sursă liniară.Undele plane nu își schimbă forma și amplitudinea în timpul propagării, undele sferice nu își schimbă forma (amplitudinea scade cu 1/r), undele cilindrice își schimbă atât forma, cât și amplitudinea (descrește cu 1/№r).
