Kāds ir skaņas ātrums un kā viņi to atrada?

Daudzus gadus filozofi jautāja: 'Ja mežā nokrīt koks un neviens to nedzird, vai tas rada skaņu?' Zinātnieki atbildēja uz šo jautājumu un turpināja noskaidrot, cik ātri šī skaņa pārvietojās. Aprēķināt šo ātrumu nebija tik vienkārši, kā šķita. Atšķirībā no gaismas ātruma, skaņas ātrums nav nemainīgs, un dažādi mainīgie maina tā kustības ātrumu. Zinātnieki bija neatlaidīgi un tagad saprot, kā darbojas skaņa, neatkarīgi no tā, vai tā ir soprāna balss vai koks, kas triecas pret zemi.

Kas ir Skaņa?

Skaņa ir vibrāciju radīta enerģija. Kad objekti vibrē, tie izraisa apkārtējo daļiņu vibrāciju, kas savukārt izraisa vairāk daļiņu vibrāciju. Šis ir skaņas vilnis. Piemēram, ja koks nokrīt zemē, tā piezemēšanās radītās vibrācijas rada skaņas vilni. Skaņas viļņi turpinās, līdz tiem beidzas enerģija, un, ja viļņa diapazonā ir ausis, to patiešām var dzirdēt.

kā krāpties spēlē sims 4

Kāds ir skaņas ātrums?

Runājot par skaņas ātrumu, lielākā daļa cilvēku atsaucas uz ātrumu, kādā skaņas viļņi pārvietojas pa gaisu. Temperatūrā 68 grādi pēc Fārenheita sausā vidē skaņas ātrums ir aptuveni 767 jūdzes stundā. Ātrums mainās dažādās temperatūrās, kā arī mainās atkarībā no gaisā esošajām gāzēm.

Stīgu likums

6. gadsimtā pirms mūsu ēras filozofs, matemātiķis un liras spēlētājs Pitagors pavadīja laiku, pētot, kā darbojas skaņa. Leģenda vēsta, ka viņa darbs pie skaņas iedvesmojies, redzot, kā dažāda izmēra āmuri kalēja darbnīcā rada dažādus toņus. Visticamāk, ka eksperimentēšana ar viņa liras stīgu garumu iedvesmoja viņa atklājumu, ka frekvence ir apgriezti proporcionāla stīgas garumam. Tas ir pazīstams kā pirmais stīgu likums un ir viens no pirmajiem ierakstītajiem darbiem par skaņas viļņiem.

Sers Īzaks Ņūtons

Sers Īzaks Ņūtons bija pirmais, kurš publicēja skaņas ātrumu. Stāvot Trīsvienības koledžas kolonādē, Ņūtons sasita plaukstas un mērīja, cik ilgs laiks nepieciešams, lai skaņa atgrieztos viņa ausīs. Bez modernām mērierīcēm laika mērīšanai viņš paļāvās uz svārstu. Viņa skaitlis, kas publicēts Principia Mathematica, samazinājās par aptuveni 15 procentiem. Ņūtona izstrādāto formulu uzlaboja Pjērs Saimons Laplass, un tā ir pazīstama kā Ņūtona-Laplasa vienādojums.

Skaņas ātruma mērīšana ar šāvieniem

1700. gadu sākumā godājamais Viljams Darems veica eksperimentus, lai izmērītu skaņas ātrumu. Kamēr viņš stāvēja tornī ar teleskopu, palīgi šāva ar ieročiem uz vairākiem vietējiem orientieriem. Darems novēroja šāviena uzplaiksnījumu un izmantoja svārstu, lai izmērītu, cik ilgs laiks bija nepieciešams, lai viņš dzirdētu skaņu. Tā kā viņš zināja iesaistītos attālumus, skaņas ātrumu varēja aprēķināt, un tas tiek uzskatīts par agrāko pietiekami precīzo novērtējumu.

Skaņas ātruma mērīšana ar Kundta cauruli

Augusts Kunds izgudroja Kundta cauruli 1866. gadā. Aparāts sastāv no caurspīdīgas caurules, kas satur nelielu daudzumu smalka pulvera. Kad vienā caurules galā tiek radīta skaņa, pulveris tiek pārvietots ar skaņas viļņiem. Tas nosēžas mēģenē ar vienādiem intervāliem atkarībā no viļņa garuma. Attāluma mērīšana starp pulvera kaudzēm ļauj aprēķināt skaņas ātrumu. Kundta caurules piepildīšana ar dažādām gāzēm ļauj izmērīt skaņas ātrumu dažādās vidēs.

Skaņas ātruma mērīšana ar mikrofoniem

Vienkāršākais veids, kā izmērīt skaņas ātrumu mūsdienās, ir izmantot divus mikrofonus. Pamatkoncepcija ir tāda pati kā Durham bisēm, taču hronometri un ātras ierakstīšanas ierīces ļauj izveidot mazāku attālumu starp skaņas avotu un mērierīci. Skaņa var būt arī maigāka nekā bises sprādziens.

Augstuma ietekme

Temperatūrai ir vislielākā ietekme uz skaņas ātrumu. Jebkurā ideālā gāzē ar nemainīgu sastāvu skaņas ātrums ir atkarīgs tikai no temperatūras. Skaņa palēninās, pazeminoties temperatūrai, kas nozīmē, ka skaņas viļņi pārvietojas lēnāk lielākā augstumā. Tāpēc vispārējais skaņas ātrums tiek mērīts jūras līmenī un ir balstīts uz noteiktu temperatūru.

numurs 777

Skaņa dažādās vielās

Tā kā skaņu rada daļiņu vibrācija, tās kustībai ir nepieciešams vide. Tas nozīmē, ka vakuumā nav skaņas, bet tas nozīmē arī to, ka skaņa var pārvietoties caur citām vielām, nevis gaisu. Patiesībā skaņa vislēnāk pārvietojas caur gāzēm. Tas pārvietojas vairāk nekā četras reizes ātrāk ūdenī un 15 reizes ātrāk caur dzelzi.

Skaņas barjeras pārkāpšana

Lai gan agrīnie aeronautikas inženieri uzskatīja, ka skaņas ātrums ir barjera, kuru nebūtu iespējams pārspēt, cilvēka radīti objekti to pirmo reizi salauza pirms gadsimtiem. No vērša pātagas dzirdamā plaisa ir skaņas uzplaukums, un pat agrīnās lodes pārvietojās ātrāk par skaņas ātrumu. Čaks Jēgers kļuva par pirmo cilvēku, kurš 1947. gadā līdzenā lidojumā lidojis ātrāk par skaņu. 2012. gadā Fēlikss Baumgartners kļuva par pirmo cilvēku, kurš lidojis ātrāk par skaņu bez transportlīdzekļa, izlezdams izpletni no 120 000 pēdu augstuma.