หุ้น:
ความเร็วของเสียงคืออะไร
ในชั้นบรรยากาศของโลก ความเร็วของเสียง มันคือ 343 เมตรต่อวินาที; หรือหนึ่งกิโลเมตรที่ 2.91 ต่อวินาทีหรือหนึ่งไมล์ที่ 4.69 ต่อวินาที.
ความเร็วของเสียงในก๊าซอุดมคตินั้นขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและองค์ประกอบ ความเร็วนั้นขึ้นอยู่กับความถี่และแรงกดดันในอากาศธรรมดาที่อ่อนแอโดยเบี่ยงเบนไปจากพฤติกรรมในอุดมคติ.
ความเร็วของเสียงคืออะไร?
โดยปกติแล้วความเร็วของเสียงหมายถึงความเร็วที่คลื่นเสียงเคลื่อนที่ผ่านอากาศ อย่างไรก็ตามความเร็วของเสียงแตกต่างกันไปตามสาร ตัวอย่างเช่นเสียงเดินทางช้าลงในก๊าซเดินทางเร็วขึ้นในของเหลวและยิ่งเร็วขึ้นในของแข็ง.
หากความเร็วของเสียงอยู่ที่ 343 เมตรต่อวินาทีในอากาศแสดงว่ามันเดินทางที่ 1,484 เมตรต่อวินาทีในน้ำและอยู่ที่ประมาณ 5,120 เมตรต่อวินาทีในเหล็ก ในวัสดุที่แข็งเป็นพิเศษเช่นเพชรเช่นเสียงเดินทางที่ 12,000 เมตรต่อวินาที นี่คือความเร็วสูงสุดที่เสียงสามารถเดินทางได้ภายใต้สภาวะปกติ.
คลื่นเสียงในของแข็งประกอบด้วยคลื่นแรงอัดเหมือนในก๊าซและของเหลวและเป็นคลื่นประเภทต่าง ๆ ที่เรียกว่าคลื่นหมุน (rotational wave) มีเฉพาะในของแข็ง คลื่นหมุนในของแข็งมักจะเดินทางด้วยความเร็วที่แตกต่างกัน.
ความเร็วของคลื่นการบีบอัดในของแข็งนั้นพิจารณาจากความสามารถในการอัดความหนาแน่นและโมดูลัสตามขวางของความยืดหยุ่นของตัวกลาง ความเร็วของคลื่นหมุนนั้นพิจารณาจากความหนาแน่นและโมดูลัสของความยืดหยุ่นตามขวางของโมดูล.
ในไดนามิกฟลูอิดความเร็วของเสียงในตัวกลางของเหลวไม่ว่าจะเป็นแก๊สหรือของเหลวถูกใช้เป็นตัววัดสัมพัทธ์สำหรับความเร็วของวัตถุที่เคลื่อนที่ผ่านตัวกลาง.
อัตราส่วนของความเร็วของวัตถุกับความเร็วของแสงในของเหลวเรียกว่าจำนวนมีนาคมของวัตถุ วัตถุที่เคลื่อนที่เร็วกว่าวันที่ 1 มีนาคมเรียกว่าวัตถุที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วเหนือเสียง.
แนวคิดพื้นฐาน
การส่งสัญญาณเสียงสามารถแสดงได้โดยใช้แบบจำลองซึ่งประกอบด้วยชุดลูกที่เชื่อมต่อกันด้วยสายไฟ.
ในชีวิตจริงลูกบอลเป็นตัวแทนของโมเลกุลและเกลียวแสดงถึงการเชื่อมโยงระหว่างพวกเขา เสียงผ่านรูปแบบการบีบอัดและขยายเธรดส่งพลังงานไปยังลูกบอลข้างเคียงซึ่งจะส่งพลังงานไปยังเธรดของพวกเขาและอื่น ๆ.
ความเร็วของเสียงผ่านแบบจำลองนั้นขึ้นอยู่กับความแข็งของเกลียวและมวลของลูกบอล.
ตราบใดที่ช่องว่างระหว่างลูกบอลคงที่เกลียวแข็งก็จะส่งพลังงานได้เร็วขึ้นและลูกบอลที่มีมวลมากจะส่งพลังงานช้ากว่า เอฟเฟกต์เช่นการกระเจิงและการสะท้อนยังสามารถเข้าใจได้กับโมเดลนี้.
ในวัสดุจริงใด ๆ ความแข็งของเกลียวเรียกว่าโมดูลัสยืดหยุ่นและมวลสอดคล้องกับความหนาแน่น หากสิ่งอื่น ๆ เท่ากันเสียงจะเดินทางช้าลงในวัสดุที่เป็นรูพรุนและเร็วขึ้นในวัสดุที่แข็ง.
ตัวอย่างเช่นเสียงเดินทางเร็วกว่านิกเกิลถึง 1.59 เท่าเนื่องจากความแข็งของนิกเกิลมีค่ามากกว่าที่ความหนาแน่นเท่ากัน.
ในทำนองเดียวกันเสียงเดินทางเร็วขึ้น 1.41 เท่าในก๊าซไฮโดรเจนที่มีน้ำหนักเบา (protium) มากกว่าในก๊าซไฮโดรเจนหนัก (ดิวทีเรียม) เนื่องจากก๊าซหนักมีคุณสมบัติคล้ายกัน แต่มีความหนาแน่นเป็นสองเท่า.
ในเวลาเดียวกันเสียง "ชนิดบีบอัด" จะเดินทางได้เร็วขึ้นในของแข็งมากกว่าของเหลวและเดินทางเร็วขึ้นในของเหลวมากกว่าในก๊าซ.
ผลกระทบนี้เกิดจากความจริงที่ว่าของแข็งมีความยากในการบีบอัดมากกว่าของเหลวในขณะที่ในทางกลับกันของเหลวนั้นยากต่อการบีบอัดมากกว่าแก๊ส.
คลื่นอัดและคลื่นหมุน
ในก๊าซหรือของเหลวเสียงประกอบด้วยคลื่นอัด ในของแข็งคลื่นจะแพร่กระจายผ่านคลื่นสองประเภทที่แตกต่างกัน คลื่นตามยาวนั้นสัมพันธ์กับการบีบอัดและการบีบอัดในทิศทางของการเคลื่อนที่ มันเป็นกระบวนการเดียวกันในก๊าซและของเหลวที่มีคลื่นการบีบอัดแบบอะนาล็อกในของแข็ง.
มีเพียงคลื่นอัดเท่านั้นที่มีอยู่ในก๊าซและของเหลว คลื่นประเภทเพิ่มเติมที่เรียกว่าคลื่นตามขวางหรือคลื่นหมุนเกิดขึ้นเฉพาะในของแข็งเนื่องจากของแข็งเท่านั้นที่สามารถทนต่อการเปลี่ยนรูปแบบยืดหยุ่น.
นี่เป็นเพราะการเสียรูปแบบยืดหยุ่นของตัวกลางนั้นตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่น ทิศทางของการหมุนผิดรูปเรียกว่าโพลาไรเซชันของคลื่นประเภทนี้ โดยทั่วไปคลื่นตามขวางจะเกิดขึ้นในรูปของโพลาไรซ์ออร์โธนอน.
คลื่นประเภทต่าง ๆ เหล่านี้สามารถมีความเร็วแตกต่างกันที่ความถี่เดียวกัน ดังนั้นพวกเขาสามารถเข้าถึงผู้สังเกตการณ์ในเวลาที่ต่างกัน ตัวอย่างของสถานการณ์นี้เกิดขึ้นในแผ่นดินไหวที่คลื่นการบีบอัดแบบเฉียบพลันมาถึงก่อนและคลื่นตามขวางที่มาถึงไม่กี่วินาทีในภายหลัง.
ความเร็วในการบีบอัดของคลื่นในของเหลวนั้นพิจารณาจากความสามารถในการอัดและความหนาแน่นของตัวกลาง.
ในของแข็งคลื่นแรงอัดนั้นคล้ายคลึงกับที่พบในของเหลวขึ้นอยู่กับความสามารถในการอัดความหนาแน่นและปัจจัยเพิ่มเติมของโมดูลัสตามแนวขวางของความยืดหยุ่น.
ความเร็วของคลื่นหมุนซึ่งเกิดขึ้นเฉพาะในของแข็งจะถูกกำหนดโดยโมดูลัสของความยืดหยุ่นตามขวางและความหนาแน่นของโมดูล.
การอ้างอิง
- ความเร็วของเสียงในสื่อที่หลากหลาย ไฮเปอร์ฟิสิกส์ สืบค้นจาก hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
- ความเร็วของเสียง สืบค้นจาก mathpages.com.
- The Master Handbook of Acoustics (2001) นิวยอร์กสหรัฐอเมริกา McGraw-Hill สืบค้นจาก wikipedia.com.
- ความเร็วของเสียงในน้ำที่อุณหภูมิ กล่องเครื่องมือวิศวกรรม ดึงมาจาก engineeringtoolbox.com.
- ความเร็วของเสียงในอากาศ ฟิสิกส์ของโน้ตดนตรี ดึงข้อมูลจาก phy.mtu.edu.
- เอฟเฟกต์บรรยากาศต่อความเร็วของเสียง (1979) รายงานทางเทคนิคของศูนย์ข้อมูลทางเทคนิคการป้องกัน สืบค้นจาก wikipedia.com.