หลายครั้งที่ท่านได้เห็นอย่างแน่นอนว่าเมื่อมีพายุ สิ่งแรกที่มีคือแสงคือฟ้าแลบแล้วเสียงก็มาถึง ทั้งนี้เป็นเพราะ ความเร็วของเสียง- นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบความเร็วสูงสุดที่เสียงสามารถเดินทางผ่านอากาศได้ ในฟิสิกส์สิ่งนี้ค่อนข้างสำคัญ คุณสามารถเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับปรากฏการณ์นี้ได้ในบทความเกี่ยวกับ ทุกสิ่งที่คุณจำเป็นต้องรู้เกี่ยวกับฟ้าผ่า.
ดังนั้นเราจะอุทิศบทความนี้เพื่อบอกทุกสิ่งที่คุณจำเป็นต้องรู้เกี่ยวกับความเร็วของเสียงและการเดินทางของมัน
ความเร็วของเสียง
ความเร็วในการแพร่กระจายของคลื่นเสียงขึ้นอยู่กับลักษณะของตัวกลางที่คลื่นเสียงแพร่กระจาย ไม่ใช่ขึ้นอยู่กับลักษณะของคลื่นหรือแรงที่ทำให้เกิดคลื่นเสียง ความเร็วการแพร่กระจายของคลื่นเสียงนี้เรียกอีกอย่างว่าความเร็วของเสียง ในชั้นบรรยากาศของโลก อุณหภูมิอยู่ที่ 20ºC ซึ่งเท่ากับ 343 เมตรต่อวินาที ความเร็วของเสียงแตกต่างกันไปตามสื่อการแพร่กระจายและวิธีที่มันแพร่กระจายในตัวกลางช่วยให้เข้าใจลักษณะเฉพาะบางอย่างของสื่อส่งสัญญาณได้ดีขึ้น เมื่ออุณหภูมิของตัวกลางในการแพร่กระจายเปลี่ยนไป ความเร็วของเสียงก็จะเปลี่ยนไปด้วย เนื่องจากการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิทำให้ความถี่ของการโต้ตอบระหว่างอนุภาคที่มีการสั่นสะเทือนเพิ่มขึ้น ซึ่งแปลเป็นการเพิ่มความเร็วของคลื่น
โดยทั่วไปแล้ว ความเร็วของเสียงในของแข็งจะสูงกว่าในของเหลว และความเร็วของเสียงในของเหลวจะสูงกว่าในก๊าซ เนื่องจากยิ่งมีสสารที่มีความแข็งมากเท่าใด ระดับการยึดเกาะของพันธะอะตอมก็จะมากขึ้นเท่านั้น ซึ่งส่งเสริมการแพร่กระจายของคลื่นเสียง หากคุณต้องการทราบข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับหัวข้อนี้ โปรดอ่านบทความของเรา กำแพงเสียง.
ความเร็วของการแพร่กระจายเสียงขึ้นอยู่กับความยืดหยุ่นของตัวกลางที่แพร่กระจายเป็นหลัก ความยืดหยุ่นหมายถึงความสามารถในการฟื้นฟูรูปร่างเดิม
เสียงคืออะไร
เสียงเป็นคลื่นความดันที่สามารถแพร่กระจายผ่านอากาศโดยการบีบอัดและกดทับ เสียงที่เรารับรู้รอบตัวเราไม่ได้เป็นเพียงพลังงานที่เกิดจากการสั่นสะเทือนที่แพร่กระจายผ่านอากาศหรือสื่ออื่นๆ ที่สามารถรับและได้ยินเมื่อไปถึงหูของมนุษย์ เรารู้ว่าเสียงเดินทางในรูปของคลื่น
คลื่นคือการรบกวนจากการสั่นสะเทือนในตัวกลาง ซึ่งถ่ายเทพลังงานจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งโดยไม่มีการสัมผัสโดยตรงระหว่างสองจุดนี้ เราสามารถพูดได้ว่าคลื่นเกิดขึ้นจากการสั่นของอนุภาคของตัวกลางที่คลื่นผ่าน นั่นคือกระบวนการแพร่กระจายที่สอดคล้องกับการเคลื่อนตัวตามยาว (ในทิศทางของการแพร่กระจาย) ของโมเลกุลอากาศ พื้นที่ที่มีการกระจัดขนาดใหญ่จะปรากฏในพื้นที่ที่แอมพลิจูดของการเปลี่ยนแปลงความดันเป็นศูนย์และในทางกลับกัน
เสียงในลำโพง
อากาศในท่อที่มีลำโพงอยู่ที่ปลายข้างหนึ่งและปิดที่ปลายอีกข้างหนึ่งจะสั่นเป็นคลื่น คงที่ตามยาว โหมดการสั่นสะเทือนของหลอดเองด้วยคุณสมบัติเหล่านี้. มันสอดคล้องกับคลื่นไซน์ซึ่งมีความยาวคลื่นจนมีจุดแอมพลิจูดเป็นศูนย์ โหนดไอเสียที่ปลายลำโพงและปลายท่อปิด เนื่องจากอากาศไม่สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระเนื่องจากลำโพงและฝาครอบท่อตามลำดับ ในโหนดเหล่านี้ เรามีความแปรผันสูงสุดของความดัน แอนติโนดหรือพุงของคลื่นนิ่ง
ความเร็วของเสียงในสื่อต่างๆ
ความเร็วของเสียงจะแตกต่างกันขึ้นอยู่กับตัวกลางที่คลื่นเสียงเดินทางผ่าน มันยังเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิของสภาพแวดล้อมอีกด้วย เนื่องจากการเพิ่มอุณหภูมิทำให้ความถี่ของการโต้ตอบระหว่างอนุภาคที่ส่งการสั่นสะเทือนเพิ่มขึ้น และเมื่อกิจกรรมนี้เพิ่มขึ้น ความเร็วก็จะเพิ่มขึ้นด้วย ปรากฏการณ์นี้มีความเกี่ยวข้องโดยตรงกับ การแพร่กระจายเสียงในอวกาศ.
ตัวอย่างเช่น ในหิมะ เสียงสามารถเดินทางได้ไกล เกิดจากการหักเหของแสงภายใต้หิมะซึ่งไม่ใช่ตัวกลางที่เป็นเนื้อเดียวกัน หิมะแต่ละชั้นมีอุณหภูมิต่างกัน. สถานที่ที่ลึกที่สุดที่ดวงอาทิตย์ไม่สามารถเข้าถึงได้นั้นเย็นกว่าพื้นผิว ในชั้นที่เย็นกว่าเหล่านี้ใกล้กับพื้นดิน ความเร็วของการแพร่กระจายเสียงจะช้าลง
โดยทั่วไปแล้ว ความเร็วของเสียงในของแข็งจะมากกว่าในของเหลว และในของเหลวจะมากกว่าในก๊าซ นี่เป็นเพราะว่ายิ่งพันธะของอะตอมหรือโมเลกุลมีพันธะกันมากเท่าใด สสารก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้น ความเร็วของเสียงในอากาศ (ที่อุณหภูมิ 20 ° C) คือ 343,2 m / s
มาดูความเร็วของเสียงในสื่อกันบ้าง:
- ในอากาศที่ 0 ° C เสียงเดินทางด้วยความเร็ว 331 m / s (สำหรับทุก ๆ องศาเซลเซียสอุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นความเร็วของเสียงจะเพิ่มขึ้น 0,6 m / s)
- ในน้ำ (ที่ 25 ° C) คือ 1593 m / s
- ในเนื้อเยื่อคือ 1540 m / s
- ในป่าคือ 3700 m / s
- ในคอนกรีตคือ 4000 m / s
- ในเหล็กกล้าคือ 6100 m / s
- ในอลูมิเนียมคือ 6400 m / s
- ในแคดเมียมคือ 12400 m / s
ความเร็วการแพร่กระจายของคลื่นความดันมีความสำคัญมากในการศึกษาปรากฏการณ์เรโซแนนซ์ในคอมมิวเตเตอร์ของเครื่องยนต์ลูกสูบ และขึ้นอยู่กับคุณลักษณะของสภาพแวดล้อม ตัวอย่างเช่น สำหรับก๊าซ ส่วนผสมที่กลายเป็นไอในท่อร่วมไอดีหรือก๊าซที่เผาไหม้ในท่อร่วมไอเสียจะขึ้นอยู่กับความหนาแน่นและแรงดัน มีความสัมพันธ์ที่สำคัญระหว่างความเร็วของเสียงและ ความกดอากาศ.
ประเภทของการแพร่กระจายคลื่น
คลื่นมีสองประเภท: คลื่นตามยาวและคลื่นตามขวาง
- คลื่นตามยาว: คลื่นที่อนุภาคของตัวกลางสั่นสะเทือนจากด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่งในทิศทางเดียวกับคลื่น ตัวกลางสามารถเป็นของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซได้ ดังนั้นคลื่นเสียงจึงเป็นคลื่นตามยาว
- คลื่นขวาง: คลื่นที่อนุภาคในตัวกลางสั่นขึ้นและลง "ที่มุมฉาก" กับทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่น คลื่นเหล่านี้ปรากฏในของแข็งและของเหลวเท่านั้น ไม่ใช่ก๊าซ
แต่จำไว้ว่าคลื่นเคลื่อนที่ไปในทุกทิศทาง ดังนั้นจึงง่ายกว่าที่จะคิดว่าคลื่นผ่านทรงกลม
ฉันหวังว่าข้อมูลนี้จะช่วยให้คุณเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับความเร็วของเสียงและคุณลักษณะของมันได้