Какова скорость звука

Какова скорость звука

Содержание

3.2

1 /

1 /



.

1 / = 1,609 / = 0,4469 /


Foto: Fredrik Enander

.

1 = 0,5144 / = 1,852 /


Foto: Max Krabbenhöft

1
— , (Mach, 1838 — 1916).

Сколько составляет скорость звука ?

.

1 (1 ) – , .

1 = 343 / = 1234,8 /

Звуком принято называть волны, воспринимаемые человеческим ухом. Диапазон звуковых частот лежит в пределах приблизительно от 20 Гц до 20 кГц. Волны с частотой менее 20 Гц называются инфразвуком, а с частотой более 20 кГц – ультразвуком. Волны звукового диапазона могут распространяться не только в газе, но и в жидкости и в твердом теле. Звуковая волна – это передающиеся в пространстве механические колебания молекул вещества. Давайте представим себе, каким образом происходит распространение звуковых волн в пространстве. В результате каких-то возмущений, вызывающих движение и колебания воздуха в определенной точке пространства, возникает перепад давления в этом месте, так как воздух в процессе движения сжимается, в результате чего возникает избыточное давление, толкающее окружающие слои воздуха. Эти слои сжимаются, что в свою очередь снова создает избыточное давление, влияющее на соседние слои воздуха. Так, как бы по цепочке, происходит передача первоначального возмущения в пространстве из одной точки в другую. Такой процесс описывает механизм распространения в пространстве звуковой волны.

… 2 >> следующая страница

Звук

Скорость звука в газах и парах. Скорость звука в жидкостях. Скорость звука металлах и сплавах. Скорость звука в воздухе при различной температуре. Скорость звука в воздухе на различной высоте над Землей. Диапазоны слышимых звуков.

Скорость звука в газах и парах

Газ

Температура оС

Скорость звука м/с

Газ

Температура оС

Скорость звука м/с

Азот 0 334 Пары воды 0 401
Азот 300 487 Пары воды 100 405
Водород 0 1284 Пары спирта 0 230
Гелий 0 965 Пары эфира 0 179
Кислород 0 316 Хлор 0 206
Оксид углерода (IV) 0 260      
Оксид углерода (IV) 0 300      

Скорость звука в жидкостях

Жидкость

t, oC

c, м/с

Жидкость

t, oC

c, м/с

Азот жидкий -199 962 Керосин 20 2330
Бензин 17 1170 Кислород жидкий -182,9 912
Вода 0 1403 Олово расплавленный 232 2270
20 1483 Раствор поваренной соли (20%) 15 1650
30 1510 Ртуть 20 1450
74* 1555 Свинец расплавленный 330 1790
100 1543 Спирт 20 1180
морская 20 1490 Эфир 25  
тяжелая 20 1400      
Водород жидкий -256 1187      
Гелий жидкий -269 180      
Глицерин 20 1923      

Примечание.

Сколько составляет скорость звука ?

Скорость звука для большинства жидкостей (кроме воды) уменьшается с повышением температуры.
При температуре 74 оС скорость звука в воде наибольшая.

Скорость звука в металлах и сплавах (при t=20 oC)

Металлы и сплавы

c, м/с

Металлы и сплавы

c, м/с

Алюминий 6260 Платина 3960
Дуралюминий 6400 Свинец 2160
Железо 5850 Серебро 3600
Золото 3200 Сталь 5000-6100
Латунь 4280-4700 Цинк 4170
Медь 4700 Чугун ≈3850
Олово 3320    

Скорость звука в воздухе при различной температуре

t, oC

Скорость звука

t, oC

Скорость звука

м/с

км/ч

м/с

км/ч

-150 216,7 780,1 30 348,9 1256,2
-100 263,7 949,2 50 360,3 1296,9
-50 299,3 1077,6 100 387,1 1393,7
-20 318,8 1147,8 200 436,0 1569,5
-10 325,1 1170,3 300 479,8 1727,4
0 331,5 1193,4 400 520,0 1872,1
10 337,3 1214,1 500 557,3 2006,4
20 343,1 1235,2 1000 715,2 2574,8

Примечание. Скорость звука в воздухе (как и в других газах) увеличивается с повышением температуры. При повышении температуры на 1 oС скорость звука в нем увеличивпается на 0,59 м/с.

Скорость звука в воздухе на различной высоте над Землей

h, м

с, м/с

h, м

с, м/с

h, м

с, м/с

0 340,29 500 338,38 500 320,54
50 340,10 600 337,98 10 000 299,53
100 339,91 700 337,60 20 000 295,07
200 339,53 800 337,21 50 000 329,80
300 339,14 900 336,82 80 000 282,54
400 338,76 1000 336,43    

Примечание. Предполагается, что на поверхности Земли температура 15 oC давление 101 325 Па (760 мм рт. ст.).

Скорость звука в различных твердых веществах (при t=20 oC)

Вещество

c, м/с

Вещество

c, м/с

Алмаз 18 350 Сосна 5030
Бетон 4250-5250 Стеарин 1380
Графит 1470 Стекло оптическое:
Дуб 4115                         флинт 4450
Каменная соль 4400                          крон 5220
Кирпич 3600 Стекло органическое 2550
Лед (при t= — 4 oC) 3980 Шифер 4510
Пробка 430-530 Эбонит 2400

Длина звуковых и ультразвуковых волн в различных средах в зависимости от частоты колебаний

Частота колебаний ν

Длина волн λ, см

Гц

кГц

в воздухе

в воде

в стали

25 000

10 000

5 000

6,8

3,4

14,5

1,7

7,3

0,7

2,9

0,34

1,5

0,5

1,7

0,3

0,15

0,5

Примечание. Если встречающиеся на пути распространения звука размеры препятствий сравнимы с длиной волны или больше ее, то звук (волна) отражается от препятствий (препятствия меньшего размера огибаются волной). Это явление использовано в ултразвуковой дефектоскопии металлов. Из таблицы видно, что с уменьшением длины волны уменьшаются размеры пороков в металле (раковин, иногородных вкраплений), которые могут быть обнаруженыпучком ультразвука. Например, ультразвук частотой 20 кГц позволяет обнаружить в массиве металла (стали) пороки размером не менее 12.5 см (половинадлины волны); при частоте 200 кГц пороки размером 1-1,3 см, а при частоте 1 МГц — пороки, размеры которых порядка миллиметров.

3.2

1 /

1 /



.

1 / = 1,609 / = 0,4469 /


Foto: Fredrik Enander

.

1 = 0,5144 / = 1,852 /


Foto: Max Krabbenhöft

1
— , (Mach, 1838 — 1916).

Скорость звука в воздухе. Конвертер величин.

.

1 (1 ) – , .

1 = 343 / = 1234,8 /

Прежде чем дать определение понятие «звук», сперва надо разобраться с понятием «волна». Волна в каком-то смысле движение нечто, распространяющееся в пространстве. Волна – это процесс перемещения в пространстве изменения состояния.

Звуком принято называть волны, воспринимаемые человеческим ухом.

Скорость звука в километрах в час. А вот чему равна скорость звука? Скорость транспортных средств

Диапазон звуковых частот лежит в пределах приблизительно от 20 Гц до 20 кГц. Волны с частотой менее 20 Гц называются инфразвуком, а с частотой более 20 кГц – ультразвуком. Волны звукового диапазона могут распространяться не только в газе, но и в жидкости и в твердом теле. Звуковая волна – это передающиеся в пространстве механические колебания молекул вещества. Давайте представим себе, каким образом происходит распространение звуковых волн в пространстве. В результате каких-то возмущений, вызывающих движение и колебания воздуха в определенной точке пространства, возникает перепад давления в этом месте, так как воздух в процессе движения сжимается, в результате чего возникает избыточное давление, толкающее окружающие слои воздуха. Эти слои сжимаются, что в свою очередь снова создает избыточное давление, влияющее на соседние слои воздуха. Так, как бы по цепочке, происходит передача первоначального возмущения в пространстве из одной точки в другую. Такой процесс описывает механизм распространения в пространстве звуковой волны.

Реклама:

… 2 >> следующая страница

Звук

Скорость звука в газах и парах. Скорость звука в жидкостях. Скорость звука металлах и сплавах. Скорость звука в воздухе при различной температуре. Скорость звука в воздухе на различной высоте над Землей. Диапазоны слышимых звуков.

Скорость звука в газах и парах

Газ

Температура оС

Скорость звука м/с

Газ

Температура оС

Скорость звука м/с

Азот 0 334 Пары воды 0 401
Азот 300 487 Пары воды 100 405
Водород 0 1284 Пары спирта 0 230
Гелий 0 965 Пары эфира 0 179
Кислород 0 316 Хлор 0 206
Оксид углерода (IV) 0 260      
Оксид углерода (IV) 0 300      

Скорость звука в жидкостях

Жидкость

t, oC

c, м/с

Жидкость

t, oC

c, м/с

Азот жидкий -199 962 Керосин 20 2330
Бензин 17 1170 Кислород жидкий -182,9 912
Вода 0 1403 Олово расплавленный 232 2270
20 1483 Раствор поваренной соли (20%) 15 1650
30 1510 Ртуть 20 1450
74* 1555 Свинец расплавленный 330 1790
100 1543 Спирт 20 1180
морская 20 1490 Эфир 25  
тяжелая 20 1400      
Водород жидкий -256 1187      
Гелий жидкий -269 180      
Глицерин 20 1923      

Примечание. Скорость звука для большинства жидкостей (кроме воды) уменьшается с повышением температуры.
При температуре 74 оС скорость звука в воде наибольшая.

Скорость звука в металлах и сплавах (при t=20 oC)

Металлы и сплавы

c, м/с

Металлы и сплавы

c, м/с

Алюминий 6260 Платина 3960
Дуралюминий 6400 Свинец 2160
Железо 5850 Серебро 3600
Золото 3200 Сталь 5000-6100
Латунь 4280-4700 Цинк 4170
Медь 4700 Чугун ≈3850
Олово 3320    

Скорость звука в воздухе при различной температуре

t, oC

Скорость звука

t, oC

Скорость звука

м/с

км/ч

м/с

км/ч

-150 216,7 780,1 30 348,9 1256,2
-100 263,7 949,2 50 360,3 1296,9
-50 299,3 1077,6 100 387,1 1393,7
-20 318,8 1147,8 200 436,0 1569,5
-10 325,1 1170,3 300 479,8 1727,4
0 331,5 1193,4 400 520,0 1872,1
10 337,3 1214,1 500 557,3 2006,4
20 343,1 1235,2 1000 715,2 2574,8

Примечание. Скорость звука в воздухе (как и в других газах) увеличивается с повышением температуры. При повышении температуры на 1 oС скорость звука в нем увеличивпается на 0,59 м/с.

Скорость звука в воздухе на различной высоте над Землей

h, м

с, м/с

h, м

с, м/с

h, м

с, м/с

0 340,29 500 338,38 500 320,54
50 340,10 600 337,98 10 000 299,53
100 339,91 700 337,60 20 000 295,07
200 339,53 800 337,21 50 000 329,80
300 339,14 900 336,82 80 000 282,54
400 338,76 1000 336,43    

Примечание. Предполагается, что на поверхности Земли температура 15 oC давление 101 325 Па (760 мм рт. ст.).

Скорость звука в различных твердых веществах (при t=20 oC)

Вещество

c, м/с

Вещество

c, м/с

Алмаз 18 350 Сосна 5030
Бетон 4250-5250 Стеарин 1380
Графит 1470 Стекло оптическое:
Дуб 4115                         флинт 4450
Каменная соль 4400                          крон 5220
Кирпич 3600 Стекло органическое 2550
Лед (при t= — 4 oC) 3980 Шифер 4510
Пробка 430-530 Эбонит 2400

Длина звуковых и ультразвуковых волн в различных средах в зависимости от частоты колебаний

Частота колебаний ν

Длина волн λ, см

Гц

кГц

в воздухе

в воде

в стали

25 000

10 000

5 000

6,8

3,4

14,5

1,7

7,3

0,7

2,9

0,34

1,5

0,5

1,7

0,3

0,15

0,5

Примечание. Если встречающиеся на пути распространения звука размеры препятствий сравнимы с длиной волны или больше ее, то звук (волна) отражается от препятствий (препятствия меньшего размера огибаются волной). Это явление использовано в ултразвуковой дефектоскопии металлов. Из таблицы видно, что с уменьшением длины волны уменьшаются размеры пороков в металле (раковин, иногородных вкраплений), которые могут быть обнаруженыпучком ультразвука. Например, ультразвук частотой 20 кГц позволяет обнаружить в массиве металла (стали) пороки размером не менее 12.5 см (половинадлины волны); при частоте 200 кГц пороки размером 1-1,3 см, а при частоте 1 МГц — пороки, размеры которых порядка миллиметров.

Прежде чем дать определение понятие «звук», сперва надо разобраться с понятием «волна». Волна в каком-то смысле движение нечто, распространяющееся в пространстве. Волна – это процесс перемещения в пространстве изменения состояния.

Звуком принято называть волны, воспринимаемые человеческим ухом. Диапазон звуковых частот лежит в пределах приблизительно от 20 Гц до 20 кГц. Волны с частотой менее 20 Гц называются инфразвуком, а с частотой более 20 кГц – ультразвуком. Волны звукового диапазона могут распространяться не только в газе, но и в жидкости и в твердом теле. Звуковая волна – это передающиеся в пространстве механические колебания молекул вещества. Давайте представим себе, каким образом происходит распространение звуковых волн в пространстве. В результате каких-то возмущений, вызывающих движение и колебания воздуха в определенной точке пространства, возникает перепад давления в этом месте, так как воздух в процессе движения сжимается, в результате чего возникает избыточное давление, толкающее окружающие слои воздуха. Эти слои сжимаются, что в свою очередь снова создает избыточное давление, влияющее на соседние слои воздуха. Так, как бы по цепочке, происходит передача первоначального возмущения в пространстве из одной точки в другую. Такой процесс описывает механизм распространения в пространстве звуковой волны.

Реклама:

… 2 >> следующая страница

Звук

Скорость звука в газах и парах. Скорость звука в жидкостях. Скорость звука металлах и сплавах. Скорость звука в воздухе при различной температуре.

Какова скорость звука?

Скорость звука в воздухе на различной высоте над Землей. Диапазоны слышимых звуков.

Скорость звука в газах и парах

Газ

Температура оС

Скорость звука м/с

Газ

Температура оС

Скорость звука м/с

Азот 0 334 Пары воды 0 401 Азот 300 487 Пары воды 100 405 Водород 0 1284 Пары спирта 0 230 Гелий 0 965 Пары эфира 0 179 Кислород 0 316 Хлор 0 206 Оксид углерода (IV) 0 260       Оксид углерода (IV) 0 300      

Скорость звука в жидкостях

Жидкость

t, oC

c, м/с

Жидкость

t, oC

c, м/с

Азот жидкий -199 962 Керосин 20 2330
Бензин 17 1170 Кислород жидкий -182,9 912
Вода 0 1403 Олово расплавленный 232 2270
20 1483 Раствор поваренной соли (20%) 15 1650
30 1510 Ртуть 20 1450
74* 1555 Свинец расплавленный 330 1790
100 1543 Спирт 20 1180
морская 20 1490 Эфир 25  
тяжелая 20 1400      
Водород жидкий -256 1187      
Гелий жидкий -269 180      
Глицерин 20 1923      

Примечание. Скорость звука для большинства жидкостей (кроме воды) уменьшается с повышением температуры.
При температуре 74 оС скорость звука в воде наибольшая.

Скорость звука в металлах и сплавах (при t=20 oC)

Металлы и сплавы

c, м/с

Металлы и сплавы

c, м/с

Алюминий 6260 Платина 3960
Дуралюминий 6400 Свинец 2160
Железо 5850 Серебро 3600
Золото 3200 Сталь 5000-6100
Латунь 4280-4700 Цинк 4170
Медь 4700 Чугун ≈3850
Олово 3320    

Скорость звука в воздухе при различной температуре

t, oC

Скорость звука

t, oC

Скорость звука

м/с

км/ч

м/с

км/ч

-150 216,7 780,1 30 348,9 1256,2
-100 263,7 949,2 50 360,3 1296,9
-50 299,3 1077,6 100 387,1 1393,7
-20 318,8 1147,8 200 436,0 1569,5
-10 325,1 1170,3 300 479,8 1727,4
0 331,5 1193,4 400 520,0 1872,1
10 337,3 1214,1 500 557,3 2006,4
20 343,1 1235,2 1000 715,2 2574,8

Примечание. Скорость звука в воздухе (как и в других газах) увеличивается с повышением температуры. При повышении температуры на 1 oС скорость звука в нем увеличивпается на 0,59 м/с.

Скорость звука в воздухе на различной высоте над Землей

h, м

с, м/с

h, м

с, м/с

h, м

с, м/с

0 340,29 500 338,38 500 320,54
50 340,10 600 337,98 10 000 299,53
100 339,91 700 337,60 20 000 295,07
200 339,53 800 337,21 50 000 329,80
300 339,14 900 336,82 80 000 282,54
400 338,76 1000 336,43    

Примечание. Предполагается, что на поверхности Земли температура 15 oC давление 101 325 Па (760 мм рт. ст.).

Скорость звука в различных твердых веществах (при t=20 oC)

Вещество

c, м/с

Вещество

c, м/с

Алмаз 18 350 Сосна 5030
Бетон 4250-5250 Стеарин 1380
Графит 1470 Стекло оптическое:
Дуб 4115                         флинт 4450
Каменная соль 4400                          крон 5220
Кирпич 3600 Стекло органическое 2550
Лед (при t= — 4 oC) 3980 Шифер 4510
Пробка 430-530 Эбонит 2400

Длина звуковых и ультразвуковых волн в различных средах в зависимости от частоты колебаний

Частота колебаний ν

Длина волн λ, см

Гц

кГц

в воздухе

в воде

в стали

25 000

10 000

5 000

6,8

3,4

14,5

1,7

7,3

0,7

2,9

0,34

1,5

0,5

1,7

0,3

0,15

0,5

Примечание. Если встречающиеся на пути распространения звука размеры препятствий сравнимы с длиной волны или больше ее, то звук (волна) отражается от препятствий (препятствия меньшего размера огибаются волной). Это явление использовано в ултразвуковой дефектоскопии металлов. Из таблицы видно, что с уменьшением длины волны уменьшаются размеры пороков в металле (раковин, иногородных вкраплений), которые могут быть обнаруженыпучком ультразвука. Например, ультразвук частотой 20 кГц позволяет обнаружить в массиве металла (стали) пороки размером не менее 12.5 см (половинадлины волны); при частоте 200 кГц пороки размером 1-1,3 см, а при частоте 1 МГц — пороки, размеры которых порядка миллиметров.

Звук является спутником человека в течение всей его жизни, но мало кто задумывается, что он собой представляет. С физической точки зрения звук можно определить как колебательные движения частиц в упругой среде, вызванные каким-либо источником, коротко — упругие волны. Скорость звука зависит от свойств среды, в которой он распространяется: в газах скорость звука растет с ростом температуры и давления, в жидкостях при росте температуры наоборот снижается (исключением является вода, в которой скорость звука достигает максимума при 74°С и начинает снижаться только при увеличении данной температуры). Для воздуха такая зависимость выглядит так:

С = 332 + 0,6tc

где tc — температура окружающей среды, °С.

[ad010]

Таблица 1. Скорость звука в газах, при температуре 0 °С и давление 1 атм.

Азот 334 м/с
Кислород 316 м/с
Воздух 332 м/с
Гелий 965 м/с
Водород 1284 м/с
Метан 430 м/с
Аммиак 415 м/с

Таблица 2. Скорость звука в жидкостях при температуре 20 °С.

Вода 1490 м/с
Бензол 1324 м/с
Спирт этиловый 1180 м/с
Ртуть 1453 м/с
Глицерин 1923 м/с

В твердых телах скорость звука определяется модулем упругости вещества и его плотностью, при этом в продольном и поперечном направлении в неограниченных изотропных твердых телах она различается.

Скорость звука в воздухе в километр в час

Таблица 3. Скорость звука в твердом теле.

Вид твердого тела Скорость продольной волны, м/с Скорость поперечной волны, м/с
Плавленый кварц 5970 3762
Бетон 4200–5300
Плексиглас 2675 1110
Стекло 3760–4800 2380–2560
Тефлон 1340
Полистирол 2350 1120
Сталь 5740 3092
Золото 3220 1200
Мрамор 3810
Алюминий 6400 3130
Полиэтилен 2000
Серебро 3650–3700 1600–1690
Дуб 4100
Сосна 3600

Из таблиц наглядно видно, что скорость звука в газах значительно ниже, чем в твердых телах, именно поэтому в приключенческих фильмах часто можно увидеть, как люди прикладывают ухо к земле, чтобы определить наличие погони за собой, также это явление заметно рядом с железной дорогой, когда звук приходящего поезда, слышится дважды — в первый раз он передается по рельсам, а второй — по воздуху.

Процесс колебательного движения звуковой волны в упругой среде, можно описать на примере колебания частицы воздуха:

— на частицу воздуха, вынужденную сдвинуться со своей начальной позиции, из-за воздействия источника звука, действуют упругие силы воздуха, которые пытаются вернуть ее на свое первоначальное место, но из-за действия сил инерции, возвращаясь, частица не останавливается, а начинает удаляться от начальной позиции в противоположную сторону, где в свою очередь на нее также действуют упругие силы и процесс повторяется.


Рисунок 1. Процесс колебания частицы воздуха

На рисунке (рисунок №2) маленькими точками образно представлены молекулы воздуха (в кубометре воздуха их более миллиона). Давление в области компрессии несколько превышает атмосферное, а в области разрежения, наоборот, — ниже атмосферного. Направление малых стрелочек показывает, что, в среднем, молекулы движутся направо из области высокого давления и налево из области низкого. Любая из представленных молекул сначала проходит определенное расстояние в правую сторону, а затем такое же расстояние в левую, относительно своей первоначальной позиции, в то время как звуковая волна двигается равномерно в правую сторону.


Рисунок 2. Перемещение звуковой волны

Логично задать вопрос — почему звуковая волна перемещается вправо? Ответ можно найти при внимательном рассмотрении стрелочек на предыдущем рисунке: в месте, где стрелочки сталкиваются с друг другом образуется новое скопление молекул, которое будет находится с правой стороны от первоначальной области компрессии, при удалении от места столкновения стрелочек плотность молекул снижается и образуется новая область разрежения, следовательно постепенное перемещение области высокого и низкого давления приводит к движению звуковой волны в правую сторону.


Рисунок 3. Процесс перемещения звуковой волны

Волновое движение такого рода называется гармоническими или синусоидальными колебаниями, которое описывается следующим образом:

x(t) = Asin(wt + φ)

Простая гармоническая или синусоидальная волна изображена на рисунке (Рисунок №4):


Рисунок 4. Синусоидальная волна

Длина волны зависит от частоты и скорости звука:

Длина волны (м) = Скорость волны (м/с) / Частота (Гц)

Cоответственно частота определяется следующим образом:

Частота (Гц) = Скорость волны (м/с) / Длина волны (м)

Из этих уравнений видно, что с увеличением частоты — длина волны уменьшается.

Таблица 4. Длина волны в зависимости от частоты звука (при температуре воздуха 20 °С)

Частота, Гц 31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 16000
Длина волны, м 10,9 5,44 2,74 1,37 0,69 0,34 0,17 0,084 0,043 0,021

Интенсивность звука снижается по мере увеличения расстояния от источника звука. Если звуковая волна на своем пути не встречает преград, то звук из источника распространяется во всех направлениях. На рисунке (рисунок №5) изображен характер изменения интенсивности звука — сила звука остается постоянной, но площадь воздействия увеличивается, именно поэтому в отдельно взятой точке интенсивность звука снижается.


Рисунок 5. Процесс распространения звуковой волны

В зависимости от вида источника звука — существует несколько видов звуковых волн: плоские, сферические и цилиндрические.


Рисунок 6. Виды источников звука и схематическое изображение фронта волны
а — протяженная пластина; б — точечный источник; в — линейный источник.

Плоские волны при распространении не меняют форму и амплитуду, сферические не меняют форму (амплитуда уменьшается как 1/r), цилиндрические меняют и форму, и амплитуду (убывает как 1/№r).

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *