Czy ktoś kiedykolwiek myślał o tym, jak dźwięk dociera do naszych uszu? Dlaczego, skoro w oddali widzimy fajerwerki, to czasami słyszymy dźwięk dopiero po tym, jak fajerwerki gasną? W tym artykule omówimy fale dźwiękowe.
Dźwięk to rodzaj fali podłużnej, która powstaje w wyniku drgań obiektu. Fale podłużne to fale, których kierunek propagacji jest równoległy do kierunku drgań. Spójrz na poniższą ilustrację.
Kiedy ktoś uderzy w bęben, powierzchnia bębna wibruje i napina się, a także rozciąga kolumnę powietrza. Wibrujące cząsteczki powietrza będą się rozchodzić w różnych kierunkach. Cząsteczki powietrza, które są zadokowane, wytwarzają wysokie ciśnienie, podczas gdy cząsteczki rozciągnięte - niskie. Fale o wysokim i niskim ciśnieniu będą na przemian poruszać się w powietrzu. Fale te zostaną wychwycone przez ludzkie ucho, abyśmy mogli usłyszeć dźwięk.
(Przeczytaj także: Jakie są właściwości fal?)
Fale dźwiękowe są zawarte w falach mechanicznych, które do rozchodzenia się wymagają medium. Ośrodek rozchodzenia się fali może być stały, ciekły lub gazowy. Dlatego fale dźwiękowe nie mogą rozchodzić się w próżni, na przykład w kosmosie.
Fale dźwiękowe mają ograniczoną prędkość propagacji. Dlatego, kiedy widzimy w oddali fajerwerki, najpierw widzimy światło fajerwerków, a następnie dźwięk erupcji. Fale świetlne mają największą prędkość, jaką znamy do tej pory, a fale dźwiękowe nie mogą się równać, nie mówiąc już o ich przekroczeniu.
Prędkość fal dźwiękowych zależy od środka propagacji. Dźwięk przemieszczający się przez ciała stałe przemieszcza się szybciej niż gazy. Szybkość propagacji tych fal również rośnie wraz ze wzrostem temperatury ośrodka.
Aby obliczyć prędkość propagacji dźwięku w oparciu o medium, możemy skorzystać z następujących wzorów.
Dźwięki szybko rozprzestrzeniają się w ciałach stałych
Y = moduł Younga ciała stałego
ρ = gęstość ciała stałego
Dźwięki szybko rozprzestrzeniają się w ciałach stałych
B = moduł masowy cieczy
ρ = gęstość cieczy
Szybkie dźwięki pełzania w gazie
γ = stała gazowa
R = ogólna stała gazowa (8,31 J / mol K)
T = bezwzględna temperatura gazu
M = Względna masa cząsteczkowa gazu
