Shpejtësia e zërit është km në orë në ujë. Përcaktimi i shpejtësisë së zërit në një trup të ngurtë

Sot, shumë banorë të rinj, kur arredojnë një apartament, detyrohen të kryejnë punë shtesë, duke përfshirë izolimin e zërit të shtëpisë së tyre, sepse... Materialet standarde të përdorura bëjnë të mundur që vetëm pjesërisht të fshehni atë që po ndodh në shtëpinë tuaj dhe të mos interesoheni për komunikimin e fqinjëve kundër vullnetit tuaj.

Në trupat e ngurtë, ajo ndikohet të paktën nga dendësia dhe elasticiteti i substancës që i reziston valës. Prandaj, kur pajisni ambientet, shtresa ngjitur me murin mbajtës është bërë e papërshkueshme nga zëri me "mbivendosje" në pjesën e sipërme dhe të poshtme. Kjo ju lejon të reduktoni decibel ndonjëherë me më shumë se 10 herë. Më pas vendosen dyshekë bazalti dhe sipër vendosen fletë gipsi, të cilat pasqyrojnë tingullin nga banesa. Kur një valë zanore "fluturon lart" në një strukturë të tillë, ajo dobësohet në shtresat e izolatorit, të cilat janë poroze dhe të buta. Nëse tingulli është i fortë, materialet që e thithin atë mund edhe të nxehen.

Substancat elastike, si uji, druri dhe metalet, transmetojnë mirë, ndaj dëgjojmë "këndimin" e bukur të instrumenteve muzikore. Dhe disa popuj në të kaluarën përcaktuan afrimin e, për shembull, kalorësve, duke vënë veshin në tokë, i cili është gjithashtu mjaft elastik.

Shpejtësia e zërit në km varet nga karakteristikat e mediumit në të cilin ai përhapet. Në veçanti, procesi mund të ndikohet nga presioni i tij, përbërja kimike, temperatura, elasticiteti, dendësia dhe parametra të tjerë. Për shembull, në një fletë çeliku një valë zanore udhëton me një shpejtësi prej 5100 metra në sekondë, në xhami - rreth 5000 m / s, në dru dhe granit - rreth 4000 m / s. Për të kthyer shpejtësinë në kilometra në orë, duhet të shumëzoni shifrat me 3600 (sekonda në orë) dhe të ndani me 1000 (metra për kilometër).

Shpejtësia e zërit në km në një mjedis ujor është e ndryshme për substancat me kripësi të ndryshme. Për ujë të freskët në një temperaturë prej 10 gradë Celsius është rreth 1450 m/s, dhe në një temperaturë prej 20 gradë Celsius dhe presion të njëjtë tashmë është rreth 1490 m/s.

Një mjedis i kripur karakterizohet nga një shpejtësi dukshëm më e lartë e dridhjeve të zërit.

Përhapja e zërit në ajër varet gjithashtu nga temperatura. Me një vlerë 20 për këtë parametër, valët e zërit udhëtojnë me një shpejtësi prej rreth 340 m/s, që është rreth 1200 km/h. Dhe në zero gradë shpejtësia ngadalësohet në 332 m/s. Duke u kthyer te izolatorët e apartamenteve tona, mund të mësojmë se në një material të tillë si tapa, i cili përdoret shpesh për të reduktuar nivelet e zhurmës së jashtme, shpejtësia e zërit në km është vetëm 1800 km/h (500 metra në sekondë). Kjo është dhjetë herë më e ulët se kjo karakteristikë në pjesët e çelikut.

Vala e zërit është një dridhje gjatësore e mediumit në të cilin ajo përhapet. Kur, për shembull, melodia e një pjese muzikore kalon nëpër ndonjë pengesë, niveli i volumit të saj ulet, sepse ndryshon në të njëjtën kohë, frekuenca mbetet e njëjtë, për shkak të së cilës ne dëgjojmë zërin e një gruaje si të një gruaje dhe të një burri si të një burri. Vendi më interesant është ku shpejtësia e zërit në km është afër zeros. Ky është një vakum në të cilin valët e këtij lloji pothuajse nuk përhapen. Për të demonstruar se si funksionon kjo, fizikanët vendosin një orë zileje nën një kapuç nga i cili pompohet ajri. Sa më i hollë të jetë ajri, aq më e qetë dëgjohet zilja.

Shpejtësia e zërit- shpejtësia e përhapjes së valëve elastike në një mjedis: si gjatësore (në gaze, lëngje ose trupa të ngurtë) ashtu edhe tërthore, prerëse (në trupa të ngurtë). Përcaktohet nga elasticiteti dhe dendësia e mediumit: si rregull, shpejtësia e zërit në gazra është më e vogël se në lëngje, dhe në lëngje është më e vogël se në trupat e ngurtë. Gjithashtu, në gaze, shpejtësia e zërit varet nga temperatura e një substance të caktuar, në kristalet e vetme - nga drejtimi i përhapjes së valës. Zakonisht nuk varet nga frekuenca e valës dhe amplituda e saj; në rastet kur shpejtësia e zërit varet nga frekuenca, flasim për shpërndarje të zërit.

YouTube Enciklopedike

  • 1 / 5

    Tashmë tek autorët antikë ka një tregues se tingulli shkaktohet nga lëvizja osciluese e trupit (Ptolemeu, Euklidi). Aristoteli vëren se shpejtësia e zërit ka një vlerë të fundme dhe e imagjinon saktë natyrën e zërit. Përpjekjet për të përcaktuar në mënyrë eksperimentale shpejtësinë e zërit datojnë në gjysmën e parë të shekullit të 17-të. F. Bacon në Organon e Re vuri në dukje mundësinë e përcaktimit të shpejtësisë së zërit duke krahasuar intervalet kohore midis një ndezje drite dhe zërit të një goditjeje. Duke përdorur këtë metodë, studiues të ndryshëm (M. Mersenne, P. Gassendi, W. Derham, një grup shkencëtarësh nga Akademia e Shkencave të Parisit - D. Cassini, J. Picard, Huygens, Roemer) përcaktuan vlerën e shpejtësisë së zërit. (në varësi të kushteve eksperimentale, 350- 390 m/s). Teorikisht, çështja e shpejtësisë së zërit u konsiderua për herë të parë nga I. Njutoni në "Parimet" e tij. Njutoni në fakt supozoi se përhapja e zërit është izotermale, dhe për këtë arsye mori një nënvlerësim. Vlera e saktë teorike për shpejtësinë e zërit është marrë nga Laplace.

    Llogaritja e shpejtësisë në lëng dhe gaz

    Shpejtësia e zërit në një lëng (ose gaz) homogjen llogaritet me formulën:

    c = 1 β ρ (\displaystyle c=(\sqrt (\frac (1)(\beta \rho ))))

    Në derivatet e pjesshme:

    c = − v 2 (∂ p ∂ v) s = − v 2 C p C v (∂ p ∂ v) T (\displaystyle c=(\sqrt (-v^(2)\left((\frac (\ pjesshme p)(\ e pjesshme v))\djathtas)_(s)))=(\sqrt (-v^(2)(\frac (C_(p))(C_(v)))\majtas((\ frac (\pjesshme p)(\pjesshme v))\djathtas)_(T))))

    Ku β (\displaystyle \beta)- kompresueshmëria adiabatike e mediumit; ρ (\displaystyle \rho)- dendësia; C p (\displaystyle C_(p))- kapaciteti izobarik i nxehtësisë; C v (\displaystyle C_(v))- kapaciteti izokorik i nxehtësisë; p (\displaystyle p), v (\displaystyle v), T (\displaystyle T)- presioni, vëllimi specifik dhe temperatura e mediumit; s (\displaystyle s)- entropia e mediumit.

    Për tretësirat dhe sistemet e tjera komplekse fizike dhe kimike (për shembull, gazi natyror, nafta), këto shprehje mund të japin një gabim shumë të madh.

    Lëndët e ngurta

    Në prani të ndërfaqeve, energjia elastike mund të transferohet përmes valëve sipërfaqësore të llojeve të ndryshme, shpejtësia e të cilave ndryshon nga shpejtësia e valëve gjatësore dhe tërthore. Energjia e këtyre lëkundjeve mund të jetë shumë herë më e madhe se energjia e valëve të trupit.

    Ndoshta shumë prej jush kanë dëgjuar për një koncept të tillë si shpejtësia e zërit. Shpresoj që shumica prej jush të kuptoni se çfarë është kjo. Dhe edhe nëse jo, ne do ta kuptojmë tani.

    Çfarë është shpejtësia?

    Së pari ju duhet ta kuptoni këtë shpejtësiaështë një sasi fizike që tregon se sa larg mund të udhëtojë një trup për njësi të kohës. Nga ky përkufizim rezulton se një makinë që lëviz me shpejtësi 70 km/h, në 99% të rasteve, mund të përshkojë 70 kilometra në një rrotullim në drejtim të akrepave të orës (pra në një orë). Në 1% të rasteve do të reduktojmë faktin që mund të prishet në rrugë ose rruga të përfundojë. Makina është e pastër. Në vend të një makine, mund të merrni objekte të tjera: një person vrapon, një gur fluturon, një jerboa po kërcen, etj. Të gjitha këto trupa janë objekte reale që mund të shihen dhe madje të preken. Por tingulli nuk është një gur apo një aeroplan, ku e merr shpejtësinë e tij?

    Koncepti përbëhet nga dy fjalë. Ne tashmë jemi marrë me të parën. Tani le të kalojmë tek e dyta. Çfarë është zëri?

    Tingulli është diçka që ne mund ta dëgjojmë, domethënë është një fenomen fizik. Ky fenomen ndodh si pasojë e përhapjes valë zanore në media të ngurta, të lëngëta ose të gazta. Vala e zërit është shumë e ngjashme me një valë të zakonshme deti, të cilën të gjithë e kanë parë drejtpërdrejt ose në TV (nuk është më kot që ata quheshin njësoj - valë). Por më saktë, ju mund të imagjinoni një valë zanore si rrathë në ujë që shfaqen pas hedhjes së një guraleci. Në fund të fundit, zëri udhëton në mënyrë të barabartë në të gjitha drejtimet! Nëse bërtisni në një gotë me ujë, do t'ju çojnë në çmendinë. Në formën e rrathëve në sipërfaqen e ujit.

    Kjo është valë zanore- kjo është në thelb dridhja e atomeve të mediumit në të cilin tingulli përhapet. Kjo është arsyeja pse dritaret dridhen nga muzika e lartë.

    Tani e dimë se çfarë është shpejtësia dhe çfarë është zëri, kështu që le t'i lidhim këto koncepte së bashku!

    Shpejtësia e zërit është një vlerë që tregon se sa larg mund të udhëtojë një valë zanore për njësi të kohës.

    Siç e kemi kuptuar tashmë, që një valë zanore të lëvizë, është e nevojshme (ajri, uji, një trup i ngurtë) të lëkundet. Kjo është arsyeja pse nuk ka zë në hapësirë! Meqenëse nuk ka atome atje (praktikisht asnjë, ka pak, por shumë pak)! Dhe gjëja më interesante është se tingulli udhëton në ajër me shpejtësi 340 m/s, në ujë me shpejtësi 1500 m/s dhe në trupa të ngurtë me shpejtësi 3000-6000 m/s. Kjo nuk është për t'u habitur, pasi sa më e vogël të jetë distanca midis atomeve, aq më shpejt lëviz zëri.

      Vëzhguesi përdori një orë për të shënuar kohën e kaluar midis shfaqjes së blicit dhe momentit kur u dëgjua zëri. Koha që iu desh dritës për të kaluar këtë distancë u neglizhua. Për të eliminuar sa më shumë ndikimin e erës, nga secila anë kishte një top dhe një vëzhgues dhe çdo top qëllonte afërsisht në të njëjtën kohë.

      Është marrë vlera mesatare e dy matjeve kohore dhe në bazë të saj. Doli të ishte afërsisht e barabartë me 340 ms -1. Disavantazhi i madh i kësaj metode matjeje ishte se arma nuk ishte gjithmonë pranë!

      Shumë të ekzaminuar përshkruajnë një metodë të ngjashme. Një student qëndron në njërën anë të fushës së futbollit me një pistoletë startuese dhe tjetri qëndron në anën tjetër me një kronometër. Distanca midis tyre matet me kujdes me një masë shirit. Nxënësi ndez kronometrin kur sheh tym që del nga fuçi dhe e ndalon kur dëgjon zërin. E njëjta gjë bëhet kur ndërrojnë vendet për të kompensuar efektet e erës. Pastaj përcaktohet koha mesatare.

      Meqenëse zëri udhëton në 340 ms -1, një kronometër ka të ngjarë të mos jetë mjaft i saktë. Preferohet të operohet në centisekonda ose milisekonda.

      Matja e shpejtësisë së zërit duke përdorur jehonën

      Kur prodhohet një tingull i shkurtër i mprehtë, si një duartrokitje, impulsi i valës mund të reflektohet nga një pengesë e madhe, si një mur, dhe të dëgjohet nga një vëzhgues. Ky impuls i reflektuar quhet jehonë. Le të imagjinojmë se një person qëndron në një distancë prej 50 m nga muri dhe bën një duartrokitje. Kur dëgjohet jehona, zëri ka udhëtuar 100 m. Matja e këtij intervali me kronometër nuk do të jetë shumë e saktë. Megjithatë, nëse një person i dytë mban një kronometër dhe personi i parë duartroket, atëherë koha për një numër të madh tingujsh jehonë mund të merret me saktësi të arsyeshme.

      Supozoni se distanca në të cilën personi që duartroket është para murit është 50 m, dhe intervali kohor ndërmjet duartrokitjes së parë dhe njëqind e parë është 30 s, atëherë:

      shpejtësia e zërit= distanca e përshkuar / koha e një duartrokitjeje = 100 m: 30 / 100 s = 333 ms -1

      Matja e shpejtësisë së zërit duke përdorur një oshiloskop

      Një mënyrë më e sofistikuar për të matur drejtpërdrejt shpejtësinë e zërit është përdorimi i një oshiloskopi. Altoparlanti lëshon pulse në intervale të rregullta dhe ato regjistrohen nga një oshiloskop me rreze katodë (shih figurën). Kur një puls merret nga mikrofoni, ai gjithashtu do të regjistrohet nga oshiloskopi. Nëse dihen karakteristikat e kohës së oshiloskopit, mund të gjendet intervali kohor ndërmjet dy pulseve.

      Distanca midis altoparlantit dhe mikrofonit matet. Shpejtësia e zërit mund të gjendet duke përdorur formulën shpejtësia = distanca / koha.

      Shpejtësia e zërit në media të ndryshme

      Shpejtësia e zërit është më e lartë në trupat e ngurtë sesa në lëngje dhe më e lartë në lëngje sesa në gaze. Eksperimentet e kaluara në liqenin e Gjenevës kanë treguar se shpejtësia e zërit në ujë është dukshëm më e lartë se në ajër. Në ujë të freskët, shpejtësia e zërit është 1410 ms -1, në ujin e detit - 1540 ms -1. Në hekur, shpejtësia e zërit është afërsisht 5000 ms -1.

      Duke dërguar sinjale zanore dhe duke shënuar intervalin kohor përpara mbërritjes së sinjalit të reflektuar (jehona), është e mundur të përcaktohet thellësia e detit dhe vendndodhja e shkopinjve të peshqve. Gjatë luftës, tingujt me frekuencë të lartë u përdorën për zbulimin e minave. Lakuriqët gjatë fluturimit përdorin një formë të veçantë jehone për të zbuluar pengesat. Lakuriku lëshon një tingull me frekuencë të lartë që kërcen nga një objekt në rrugën e tij. Miu dëgjon jehonën, e lokalizon objektin dhe e shmang atë.

      Shpejtësia e zërit në ajër varet nga kushtet atmosferike. Shpejtësia e zërit është proporcionale me rrënjën katrore të presionit të ndarë me densitetin. Ndryshimet në presion nuk ndikojnë në shpejtësinë e zërit në ajër. Kjo është për shkak se një rritje e presionit sjell një rritje përkatëse të densitetit dhe raporti i presionit ndaj densitetit mbetet konstant.

      Shpejtësia e zërit në ajër (si në çdo gaz) ndikohet nga ndryshimet e temperaturës. Ligjet për gazrat tregojnë se raporti i presionit ndaj densitetit është proporcional me . Kështu, shpejtësia e zërit është proporcionale me √T. Është më e lehtë të thyesh barrierën e zërit në lartësi më të larta, sepse atje temperatura është më e ulët.

      Shpejtësia e zërit ndikohet nga ndryshimet në lagështi. Dendësia e avullit të ujit është më e vogël se dendësia e ajrit të thatë në të njëjtin presion. Natën, kur lagështia rritet, zëri udhëton më shpejt. Tingujt dëgjohen më qartë në një natë të qetë dhe me mjegull.

      Kjo është pjesërisht për shkak të lagështisë së shtuar dhe pjesërisht për shkak se në këto kushte zakonisht ka një përmbysje të temperaturës, në të cilën tingujt përthyhen në atë mënyrë që të mos shpërndahen.

    Që zëri të përhapet, nevojitet një medium elastik. Në një vakum, valët e zërit nuk mund të përhapen, pasi nuk ka asgjë për të lëkundur. Kjo mund të verifikohet nga përvoja e thjeshtë. Nëse vendosni një zile elektrike nën një zile xhami, atëherë ndërsa ajri pompohet nga poshtë ziles, tingulli nga zilja do të bëhet gjithnjë e më i dobët derisa të ndalojë plotësisht.

    Dihet se gjatë një stuhie shohim një vetëtimë dhe vetëm pas pak dëgjojmë gjëmimin e bubullimës. Kjo vonesë ndodh sepse shpejtësia e zërit në ajër është shumë më e vogël se shpejtësia e dritës që vjen nga rrufeja.

    Shpejtësia e zërit në ajër u mat për herë të parë në vitin 1636 nga shkencëtari francez M. Mersenne. Në një temperaturë prej 20 °C është e barabartë me 343 m/s, pra 1235 km/h. Vini re se është në këtë vlerë që shpejtësia e një plumbi të shkrepur nga një pushkë sulmi kallashnikov zvogëlohet në një distancë prej 800 m. Shpejtësia fillestare e plumbit është 825 m/s, e cila tejkalon ndjeshëm shpejtësinë e zërit në ajër. Prandaj, një person që dëgjon zhurmën e një goditjeje ose bilbilin e një plumbi nuk duhet të shqetësohet: ky plumb tashmë e ka kaluar atë. Plumbi tejkalon zhurmën e të shtënës dhe arrin viktimën e tij para se të mbërrijë zëri.

    Shpejtësia e zërit në gaz varet nga temperatura e mediumit: me një rritje të temperaturës së ajrit rritet, dhe me një ulje zvogëlohet. Në 0 °C, shpejtësia e zërit në ajër është 332 m/s.

    Zëri udhëton me shpejtësi të ndryshme në gazra të ndryshëm. Sa më e madhe të jetë masa e molekulave të gazit, aq më e ulët është shpejtësia e zërit në të. Kështu, në një temperaturë prej 0 °C, shpejtësia e zërit në hidrogjen është 1284 m/s, në helium - 965 m/s, dhe në oksigjen - 316 m/s.

    Shpejtësia e zërit në lëngje është zakonisht më e madhe se shpejtësia e zërit në gaze. Shpejtësia e zërit në ujë u mat për herë të parë në 1826 nga J. Colladon dhe J. Sturm. Ata kryen eksperimentet e tyre në liqenin e Gjenevës në Zvicër. Në një barkë ata i vunë zjarrin barutit dhe në të njëjtën kohë goditën një zile të ulur në ujë. Zhurma e kësaj kambane, e ulur në ujë, u kap në një varkë tjetër, e cila ndodhej në një distancë prej 14 km nga e para. Bazuar në intervalin kohor midis ndezjes së sinjalit të dritës dhe mbërritjes së sinjalit të zërit, u përcaktua shpejtësia e zërit në ujë. Në një temperaturë prej 8°C doli të jetë e barabartë me 1440 m/s.

    Shpejtësia e zërit në trupat e ngurtë është më e madhe se në lëngjet dhe gazrat. Nëse e vendosni veshin te shina, atëherë pasi të keni goditur skajin tjetër të binarit, dëgjohen dy tinguj. Njëra prej tyre arrin në vesh me hekurudhë, tjetra me ajër.

    Toka ka përçueshmëri të mirë të zërit. Prandaj, në kohët e vjetra, gjatë një rrethimi, në muret e kalasë vendoseshin "dëgjues", të cilët, me zërin që transmetonte toka, mund të përcaktonin nëse armiku po gërmonte në mure apo jo. Duke vënë veshët në tokë, ata vëzhguan edhe afrimin e kalorësisë armike.

    Lëndët e ngurta përçojnë mirë tingullin. Falë kësaj, njerëzit që kanë humbur dëgjimin ndonjëherë janë në gjendje të kërcejnë me muzikë që arrin nervat e dëgjimit jo përmes ajrit dhe veshit të jashtëm, por përmes dyshemesë dhe kockave.

    Shpejtësia e zërit mund të përcaktohet duke ditur gjatësinë e valës dhe frekuencën (ose periudhën) e dridhjes.



Ju pëlqeu artikulli? Ndani me miqtë tuaj!