Makale, atmosferdeki ses olaylarının özelliklerini inceliyor: sesin havadaki yayılma hızı, rüzgar ve sisin sesin yayılması üzerindeki etkisi.
Madde parçacıklarının, maddesel ortamda (hava, su ve katı maddeler) yayılarak insan kulağına ulaşan boyuna titreşimleri, ses adı verilen duyumun oluşmasına neden olur.
Atmosfer havası her zaman farklı frekans ve şiddette ses dalgaları içerir. Bu dalgaların bir kısmı insanlar tarafından yapay olarak yaratılıyor, bir kısmı da meteorolojik kökenli seslerden oluşuyor.
Meteorolojik kökenli sesler arasında gök gürültüsü, rüzgarın uğultusu, tellerin uğultusu, ağaçların gürültüsü ve hışırtısı, denizin “sesi”, yeryüzüne düşen katı ve sıvı yağışların sesleri, denizin sesleri yer alır. denizlerin, göllerin ve diğerlerinin kıyılarında sörf yapın.
Atmosferde sesin yayılma hızı, hava sıcaklığı ve nemin yanı sıra rüzgardan (yön ve kuvvetten) etkilenir. Sesin atmosferdeki hızı ortalama 333 m/s'dir. Hava sıcaklığı arttıkça sesin hızı bir miktar artar. Mutlak hava nemindeki değişikliklerin ses hızı üzerindeki etkisi daha azdır.
Sesin havadaki hızı Laplace formülüyle belirlenir:
(1),
burada p basınçtır; ? - hava yoğunluğu; C? - sabit basınçta havanın ısı kapasitesi; cp sabit hacimdeki havanın ısı kapasitesidir.
Gaz durum denklemini kullanarak, ses hızının meteorolojik parametrelere bir dizi bağımlılığını elde etmek mümkündür.
Kuru havadaki sesin hızı aşağıdaki formülle belirlenir:
c0 = 20,1 ?T m/s, (2)
ve nemli havada:
с0 = 20,1 ?ТВ m/s, (3)
burada TV = TV = T (1+ 0,275 e/p) formülüyle belirlenen akustik sanal sıcaklık adı verilen sıcaklık.
Hava sıcaklığı 1° değiştiğinde ses hızı 0,61 m/s değişir. Sesin hızı, e/p oranının (nemin basınca oranı) değerine bağlıdır, ancak bu bağımlılık küçüktür ve örneğin su buharının esnekliği 7 mm'den az olduğunda bunun ihmal edilmesi, ses hızındaki hatanın 0,5 m/sn'yi aşmaması.
Normal basınçta ve T = 0 °C'de kuru havadaki ses hızı 333 m/sn'dir. Nemli havada sesin hızı aşağıdaki formülle belirlenebilir:
c = 333 + 0,6t + 0,07e (4)
-20° ile +30° arasındaki sıcaklık aralığında (t), bu formül ses hızında ± 0,5 m/sn'den fazla olmayan bir hata verir. Yukarıdaki formüllerden, artan sıcaklık ve hava nemi ile ses hızının arttığı açıktır.
Rüzgârın güçlü bir etkisi vardır: Rüzgâr yönünde sesin hızı artar, rüzgâra karşı ise azalır. Atmosferde rüzgarın varlığı ses dalgasının sürüklenmesine neden olur, bu da ses kaynağının kaydığı izlenimini verir. Bu durumda sesin hızı (c1) şu ifadeyle belirlenir:
c1 = c + U çünkü ?, (1)
burada U rüzgar hızıdır; ? - Gözlem noktasındaki rüzgar yönü ile sesin gözlemlenen varış yönü arasındaki açı.
Atmosferdeki sesin yayılma hızının bilinmesi, atmosferin üst katmanlarının akustik yöntemle incelenmesinde bir takım problemlerin çözümünde büyük önem taşımaktadır. Atmosferdeki ortalama ses hızını kullanarak bulunduğunuz yerden gök gürültüsünün meydana geldiği noktaya kadar olan mesafeyi öğrenebilirsiniz. Bunun için görünür şimşek çakması ile gök gürültüsü sesinin geldiği an arasındaki saniye sayısını belirlemeniz gerekir. Daha sonra atmosferdeki ortalama ses hızını 333 m/sn ile çarpmanız gerekir. elde edilen saniye sayısı için.
Ses hızı- elastik dalgaların bir ortamda yayılma hızı: hem boyuna (gazlarda, sıvılarda veya katılarda) hem de enine, kayma (katılarda). Ortamın esnekliği ve yoğunluğu ile belirlenir: kural olarak, gazlardaki sesin hızı sıvılardan daha azdır ve sıvılarda katılardan daha azdır. Ayrıca gazlarda sesin hızı, belirli bir maddenin sıcaklığına, tek kristallerde - dalga yayılma yönüne bağlıdır. Genellikle dalganın frekansına ve genliğine bağlı değildir; ses hızının frekansa bağlı olduğu durumlarda sesin dağılımından bahsederiz.
Ansiklopedik YouTube
-
1 / 5
Zaten eski yazarlarda sesin vücudun salınım hareketinden kaynaklandığına dair bir gösterge var (Ptolemy, Euclid). Aristoteles ses hızının sonlu bir değere sahip olduğunu belirtiyor ve sesin doğasını doğru bir şekilde tasavvur ediyor. Sesin hızını deneysel olarak belirlemeye yönelik girişimler 17. yüzyılın ilk yarısına kadar uzanıyor. Yeni Organon'dan F. Bacon, bir ışık parlaması ile silah sesi arasındaki zaman aralıklarını karşılaştırarak sesin hızını belirleme olanağına dikkat çekti. Bu yöntemi kullanarak çeşitli araştırmacılar (M. Mersenne, P. Gassendi, W. Derham, Paris Bilimler Akademisi'nden bir grup bilim adamı - D. Cassini, J. Picard, Huygens, Roemer) ses hızının değerini belirlediler. (deney koşullarına bağlı olarak 350-390 m/s). Teorik olarak sesin hızı sorunu ilk olarak I. Newton tarafından “İlkeler” adlı eserinde ele alınmıştır. Newton aslında ses yayılımının izotermal olduğunu varsaydı ve bu nedenle olduğundan düşük bir tahmin aldı. Ses hızının doğru teorik değeri Laplace tarafından elde edildi.
Sıvı ve gazda hızın hesaplanması
Homojen bir sıvı (veya gaz) içindeki sesin hızı aşağıdaki formülle hesaplanır:
c = 1 β ρ (\displaystyle c=(\sqrt (\frac (1)(\beta \rho ))))Kısmi türevlerde:
c = − v 2 (∂ p ∂ v) s = − v 2 C p C v (∂ p ∂ v) T (\displaystyle c=(\sqrt (-v^(2)\left((\frac (\) kısmi p)(\ kısmi v))\sağ)_(s))))=(\sqrt (-v^(2)(\frac (C_(p))(C_(v)))\left((\ frac (\kısmi p)(\kısmi v))\sağ)_(T))))Nerede β (\displaystyle \beta)- ortamın adyabatik sıkıştırılabilirliği; ρ (\displaystyle \rho)- yoğunluk; C p (\displaystyle C_(p))- izobarik ısı kapasitesi; C v (\displaystyle C_(v))- izokorik ısı kapasitesi; p (\displaystyle p), v (\displaystyle v), T (\displaystyle T)- ortamın basıncı, özgül hacmi ve sıcaklığı; s (\displaystyle s)- ortamın entropisi.
Çözeltiler ve diğer karmaşık fiziksel ve kimyasal sistemler (örneğin doğalgaz, petrol) için bu ifadeler çok büyük hata verebilir.
Katılar
Arayüzlerin varlığında elastik enerji, hızı boyuna ve enine dalgaların hızından farklı olan çeşitli tipteki yüzey dalgaları yoluyla aktarılabilir. Bu salınımların enerjisi vücut dalgalarının enerjisinden kat kat daha fazla olabilir.
Gözlemci, flaşın ortaya çıkışı ile sesin duyulduğu an arasında geçen süreyi not etmek için bir saat kullandı. Işığın bu mesafeyi kat etmesi için geçen süre ihmal edildi. Rüzgârın etkisini olabildiğince ortadan kaldırmak için her iki tarafta birer top ve birer gözlemci bulunuyordu ve her top yaklaşık olarak aynı anda ateşleniyordu.
İki zaman ölçümünün ortalama değeri alındı ve buna dayanıldı. Yaklaşık olarak 340 ms -1'e eşit olduğu ortaya çıktı. Bu ölçüm yönteminin en büyük dezavantajı silahın her zaman elinizin altında olmamasıydı!
Sınava giren birçok kişi benzer bir yöntemi tanımlamaktadır. Bir öğrenci futbol sahasının bir tarafında başlangıç tabancasıyla, diğeri ise diğer tarafında kronometreyle duruyor. Aralarındaki mesafe bir mezura ile dikkatlice ölçülür. Öğrenci namludan duman çıktığını görünce kronometreyi çalıştırıyor, sesi duyduğunda ise durduruyor. Rüzgârın etkilerini telafi etmek için yer değiştirdikleri zaman da aynı şey yapılır. Daha sonra ortalama süre belirlenir.
Ses 340 ms -1 hızla ilerlediği için kronometre muhtemelen yeterince doğru sonuç vermeyecektir. Santisaniye veya milisaniye cinsinden işlem yapılması tercih edilir.
Eko kullanarak ses hızını ölçme
Alkış gibi kısa ve keskin bir ses üretildiğinde, dalga darbesi duvar gibi büyük bir engel tarafından yansıtılabilir ve bir gözlemci tarafından duyulabilir. Yansıyan bu darbeye yankı denir. Bir kişinin duvardan 50 m uzakta durduğunu ve el çırptığını düşünelim. Yankı duyulduğunda ses 100 m yol kat etmiştir. Bu aralığın kronometre ile ölçülmesi çok doğru olmayacaktır. Bununla birlikte, eğer ikinci bir kişi kronometreyi tutarsa ve birinci kişi alkışlarsa, o zaman çok sayıda yankı sesinin süresi makul bir doğrulukla elde edilebilir.
Alkışlayan kişinin duvarın önünde olduğu mesafenin 50 m olduğunu ve ilk alkış ile yüz birinci alkış arasındaki zaman aralığının 30 saniye olduğunu varsayalım, o zaman:
ses hızı= katedilen mesafe / bir el çırpma süresi = 100m: 30 / 100 s = 333 ms -1
Osiloskop kullanarak ses hızının ölçülmesi
Ses hızını doğrudan ölçmenin daha karmaşık bir yolu osiloskop kullanmaktır. Hoparlör düzenli aralıklarla darbeler yayar ve bunlar bir katot ışınlı osiloskop tarafından kaydedilir (şekle bakın). Mikrofon tarafından bir darbe alındığında, osiloskop tarafından da kaydedilecektir. Osiloskobun zamanlama karakteristikleri biliniyorsa iki darbe arasındaki zaman aralığı bulunabilir.Hoparlör ile mikrofon arasındaki mesafe ölçülür. Sesin hızı aşağıdaki formül kullanılarak bulunabilir hız = yol/zaman.
Çeşitli ortamlarda ses hızı
Sesin hızı katılarda sıvılara göre, sıvılarda ise gazlara göre daha yüksektir. Cenevre Gölü üzerinde yapılan geçmiş deneyler, sesin sudaki hızının havadakinden önemli ölçüde daha yüksek olduğunu göstermiştir. Tatlı suda ses hızı 1410 ms -1, deniz suyunda - 1540 ms -1'dir. Demirde ses hızı yaklaşık 5000 ms -1'dir.
Ses sinyalleri göndererek ve yansıyan sinyalin (yankı) gelmesinden önceki zaman aralığını not ederek denizin derinliğini ve balık sürülerinin konumunu belirlemek mümkündür. Savaş sırasında mayınları tespit etmek için yüksek frekanslı sirenler kullanıldı. Uçan yarasalar engelleri tespit etmek için özel bir yankı biçimi kullanır. Yarasa, yolundaki bir nesneden seken yüksek frekanslı bir ses yayar. Fare yankıyı duyar, nesnenin yerini tespit eder ve ondan kaçınır.
Sesin havadaki hızı atmosferik koşullara bağlıdır. Sesin hızı, basıncın karekökünün yoğunluğa bölünmesiyle orantılıdır. Basınçtaki değişiklikler havadaki ses hızını etkilemez. Bunun nedeni, basınçtaki bir artışın yoğunlukta da buna karşılık gelen bir artışı gerektirmesi ve basıncın yoğunluğa oranının sabit kalmasıdır.
Sesin havadaki hızı (herhangi bir gazda olduğu gibi) sıcaklık değişimlerinden etkilenir. Gazlara ilişkin yasalar, basıncın yoğunluğa oranının ile orantılı olduğunu gösterir. Dolayısıyla sesin hızı √T ile orantılıdır. Yüksek irtifalarda sıcaklık daha düşük olduğundan ses bariyerini aşmak daha kolaydır.
Sesin hızı nemdeki değişikliklerden etkilenir. Aynı basınçta su buharının yoğunluğu kuru havanın yoğunluğundan azdır. Geceleri nem arttığında ses daha hızlı yayılır. Sessiz ve sisli bir gecede sesler daha net duyulur.
Bunun nedeni kısmen artan nemden, kısmen de bu koşullarda genellikle seslerin dağılmayacak şekilde kırıldığı bir sıcaklık değişiminin olmasından kaynaklanmaktadır.
SES HIZI- elastik bir dalganın ortamdaki yayılma hızı. Ortamın esnekliği ve yoğunluğu ile belirlenir. Hızla şekil değiştirmeden koşmak için İle eksen yönünde X, ses basıncı Rşeklinde temsil edilebilir p = p(x - - ct), Nerede T- zaman. Düzlem uyumu için dağılım ve SZ olmayan bir ortamda dalgalar. frekans w cinsinden ifade edilir ve k Floy c = w/k. Hız ile İle harmonik faz yayılır. dalgalar yani İle isminde ayrıca faz S. z. Yayılma sırasında rastgele bir dalganın şeklinin değiştiği ortamlarda harmonik. dalgalar yine de şekillerini korurlar, ancak faz hızının farklı frekanslar için farklı olduğu ortaya çıkar; ses dağılımı.Bu durumlarda kavram da kullanılır grup hızı. Büyük genliklerde doğrusal olmayan etkiler ortaya çıkar (bkz. Doğrusal olmayan akustik), harmonik olanlar da dahil olmak üzere herhangi bir dalgada bir değişikliğe yol açar: dalga profilinin her noktasının yayılma hızı, bu noktadaki basınca bağlıdır, artan basınçla artar, bu da dalga şeklinin bozulmasına yol açar.
Gazlarda ve sıvılarda ses hızı. Gazlarda ve sıvılarda ses, hacimsel sıkıştırma-boşalma dalgaları şeklinde yayılır. Yayılma süreci adyabatik olarak meydana gelirse (ki bu kural olarak durumdur), yani ses dalgasındaki sıcaklıktaki değişimin daha sonra bile dengelenmesi için zaman yoktur. 1 / 2 , ısıtılan (sıkıştırılmış) alanlardan gelen ısının soğuk (seyreltilmiş) alanlara geçecek zamanı olmadığında, daha sonra S. z. eşittir
, Nerede R maddedeki basınç, yoğunluğu ve indeksidir S türevin sabit entropide alındığını gösterir. Bu S.z. isminde adyabatik. S. z için ifade. aşağıdaki formlardan biriyle de yazılabilir: Nerede İLE cehennem - adyabatik. Maddenin düzgün sıkıştırılma modülü, - adyabatik. sıkıştırılabilme,
- izotermal sıkıştırılabilirlik, = - sabit basınç ve hacimde ısı kapasitelerinin oranı.Sınırlı katılarda boyuna ve enine dalgalara ek olarak başka dalga türleri de vardır. Böylece katı bir cismin serbest yüzeyi boyunca veya başka bir ortamla olan sınırı boyunca yayılırlar. yüzey akustik dalgaları hızı, belirli bir malzemenin vücut dalgalarının karakteristiğinin hızından daha az olan. Plakalar, çubuklar ve diğer katı akustik malzemeler için. dalga kılavuzları karakteristiktir normal dalgalar Hızı yalnızca maddenin özelliklerine göre değil aynı zamanda vücudun geometrisine göre de belirlenir. Yani örneğin S.z. enine boyutları sesin dalga boyundan çok daha küçük olan, S. z'den farklı olan st'li bir çubuktaki uzunlamasına bir dalga için. sınırsız bir ortamda ben ile(Tablo 3):
S.z.'yi ölçme yöntemleri. rezonans, interferometrik, darbeli ve optik olarak ayrılabilir (bkz. Işığın ultrasonla kırınımı). Naib. Ölçüm doğruluğu darbe fazı yöntemleri kullanılarak elde edilir. Optik yöntemler S.z'yi ölçmeyi mümkün kılar. hipersonik frekanslarda (10 11 -10 12 Hz'ye kadar). Doğruluk abs. ölçümler S.z. en iyi ekipmanla yakl. %10 -3, doğruluk görecelidir. % 10 -5 düzeyindeki ölçümler (örneğin, bağımlılığı incelerken) İle sıcaklık veya manyetik alanlar veya yabancı maddelerin veya kusurların konsantrasyonu).
S.z'nin ölçümleri. Çoğulları tanımlamak için kullanılır. gazlar için ısı kapasitelerinin oranı, gazların ve sıvıların sıkıştırılabilirliği, katıların elastik modülleri, Debye sıcaklığı vb. gibi maddenin özellikleri (bkz. Moleküler akustik). S. z'deki küçük değişikliklerin belirlenmesi. hassastır. Gaz ve sıvılardaki yabancı maddeleri sabitleme yöntemi. Katılarda S.z'nin ölçümü. ve farklı bağımlılıklara bağlı faktörler (sıcaklık, manyetik alanlar vb.) maddenin yapısını incelemenizi sağlar: yarı iletkenlerin bant yapısı, metallerdeki Fermi yüzeyinin yapısı vb.
Aydınlatılmış.: Landau L.D., L i f sh i c E.M., Theory of Elasticity, 4. baskı, M., 1987; onları, Hydrodynamics, 4. baskı, M., 1988; Bergman L. ve bunun bilim ve teknolojideki uygulaması, çev. Almanca'dan, 2. baskı, M., 1957; Mikhailov I.G., Solovyov V.A., Syrnikov Yu., Moleküler akustiğin temelleri, M., 1964; Deniz suyunda ses hızının hesaplanmasına yönelik tablolar, L., 1965; Fiziksel akustik, ed. W. Mason, çev. İngilizceden, cilt 1, bölüm A, M., 1966, bölüm. 4; t.4, bölüm B, M., 1970, bölüm. 7; Kolesnikov A.E., Ultrasonik ölçümler, 2. baskı, M., 1982; T r u e l R., Elba um Ch., Chik B., Katı hal fiziğinde ultrasonik yöntemler, çev. İngilizce'den, M., 1972; Akustik kristaller, ed. M.P. Shaskolskoy, M., 1982; Krasilnikov V.A., Krylov V.V., Fiziksel akustiğe giriş, M., 1984. A. L. Polyakova.
Günümüzde birçok yeni yerleşimci, bir daire döşerken, evlerinin ses yalıtımı da dahil olmak üzere ek işler yapmak zorunda kalıyor çünkü... Kullanılan standart malzemeler, kendi evinizde olup bitenleri yalnızca kısmen gizlemenize ve komşularınızın isteğiniz dışında iletişimiyle ilgilenmemenize olanak tanır.
Katılarda en azından dalgaya karşı koyan maddenin yoğunluğundan ve elastikiyetinden etkilenir. Bu nedenle, binaları donatırken, taşıyıcı duvara bitişik katman, üstte ve altta "örtüşmeler" ile ses geçirmez hale getirilir. Desibelleri bazen 10 kattan fazla azaltmanıza olanak tanır. Daha sonra bazalt paspaslar döşenir ve üstüne sesi daireden dışarıya yansıtan alçıpan levhalar yerleştirilir. Bir ses dalgası böyle bir yapıya "yukarı uçtuğunda" gözenekli ve yumuşak olan yalıtkan katmanlarda zayıflar. Ses güçlüyse sesi emen malzemeler ısınabilir.
Su, tahta ve metaller gibi elastik maddeler iyi iletim sağlar, bu nedenle müzik enstrümanlarının güzel "şarkısını" duyarız. Geçmişte de bazı halklar, örneğin atlıların yaklaşmasını, kulaklarını oldukça esnek olan yere dayayarak belirliyorlardı.
Sesin km cinsinden hızı, yayıldığı ortamın özelliklerine bağlıdır. Özellikle proses, basıncından, kimyasal bileşiminden, sıcaklığından, elastikiyetinden, yoğunluğundan ve diğer parametrelerden etkilenebilir. Örneğin, bir ses dalgası çelik bir levhada saniyede 5100 metre, camda yaklaşık 5000 m/s, ahşap ve granitte yaklaşık 4000 m/s hızla hareket eder. Hızı saatte kilometreye çevirmek için rakamları 3600 (saatte saniye) ile çarpmanız ve 1000'e (kilometre başına metre) bölmeniz gerekir.
Su ortamında sesin kilometre cinsinden hızı, farklı tuzluluğa sahip maddeler için farklıdır. 10 santigrat derece sıcaklıktaki tatlı su için bu değer yaklaşık 1450 m/s'dir ve 20 santigrat derece sıcaklıkta ve aynı basınçta zaten yaklaşık 1490 m/s'dir.
Tuzlu bir ortam, açıkça daha yüksek ses titreşim hızıyla karakterize edilir.
Sesin havadaki yayılımı sıcaklığa da bağlıdır. Bu parametrenin 20 değeri ile ses dalgaları yaklaşık 340 m/s yani yaklaşık 1200 km/saat hızla hareket etmektedir. Sıfır derecede ise hız 332 m/s'ye düşüyor. Apartman izolatörlerimize dönersek, mantar gibi dış gürültü seviyesini azaltmak için sıklıkla kullanılan bir malzemede ses hızının km cinsinden yalnızca 1800 km/saat (saniyede 500 metre) olduğunu öğrenebiliriz. Bu, çelik parçalardaki bu özellikten on kat daha düşüktür.
Ses dalgası, yayıldığı ortamın uzunlamasına titreşimidir. Örneğin bir müzik parçasının melodisi bir engelden geçtiğinde ses seviyesi azalır çünkü Aynı zamanda frekans aynı kalıyor, bu sayede kadın sesini kadın sesi, erkek sesini de erkek sesi gibi duyuyoruz. En ilginç yeri km cinsinden ses hızının sıfıra yakın olduğu yerdir. Bu, bu tür dalgaların neredeyse yayılmadığı bir boşluktur. Bunun nasıl çalıştığını göstermek için fizikçiler, havanın dışarı pompalandığı bir kaputun altına çalan bir alarm saati yerleştiriyorlar. Hava ne kadar ince olursa zil o kadar sessiz duyulur.
