Care este viteza sunetului și cum se calculează aceasta

Cu toții ne aducem aminte de orele de fizică în care, totul ni se părea venit de pe o altă planetă. Totuși, această materie are foarte multe aplicații în viața de zi cu zi a oricărui om. Astăzi, ne-am oprit la viteza sunetului și calculul acesteia.

Cum se calculează viteza sunetului

Până la a ajunge la calcul vitezei sunetului, să începem cu explicația acestuia. O undă sonoră este o perturbare a presiunii care se deplasează printr-un mediu prin intermediul interacțiunii dintre particule. Pe măsură ce o particulă devine perturbată, aceasta exercită o forță asupra următoarei particule adiacente, perturbând astfel acea particulă din repaus și transportând energia prin mediu.

La fel ca orice undă, viteza unei unde sonore se referă la cât de repede este transmisă perturbarea de la particulă la particulă. În timp ce frecvența se referă la numărul de vibrații pe care o particulă o face pe unitate de timp, viteza se referă la distanța pe care o parcurge perturbarea pe unitate de timp. Fiți întotdeauna precauți să faceți distincția între cele două cantități de viteză adesea confundate (cât de rapidă …) și frecvență (cât de des …).

Știri din lume

Te CRUCEȘTI! Vedetele din România care au fost ÎNȘELATE de parteneri!

Știri din lume

Dovada că Charlie Chaplin a fost ROMÂN! Cum a devenit prieten cu Ana Aslan

Deoarece viteza unei unde este definită ca distanța pe care o parcurge un punct de pe o undă pe unitate de timp, aceasta este adesea exprimată în unități de metri / secundă (prescurtată m / s). În formă de ecuație, acesta este: viteza = distanță / timp.

Cu cât o undă sonoră se deplasează mai repede, cu atât va parcurge mai multă distanță în aceeași perioadă de timp. Dacă s-ar observa o undă sonoră care parcurge o distanță de 700 de metri în 2 secunde, atunci viteza undei ar fi de 350 m / s. O undă mai lentă ar acoperi o distanță mai mică, poate 660 de metri, în aceeași perioadă de timp de 2 secunde și ar avea astfel o viteză de 330 m / s. Undele mai rapide acoperă o distanță mai mare în aceeași perioadă de timp.

Factorii care afectează viteza undelor

Viteza oricărei unde depinde de proprietățile mediului prin care se deplasează unda. De obicei, există două tipuri esențiale de proprietăți care afectează viteza undelor: proprietăți inerțiale și proprietăți elastice. Proprietățile elastice sunt acele proprietăți legate de tendința unui material de a-și menține forma și de a nu se deforma ori de câte ori i se aplică o forță sau o solicitare.

Un material precum oțelul va experimenta o foarte mică deformare a formei atunci când i se aplică o solicitare. Oțelul este un material rigid cu o elasticitate ridicată. Pe de altă parte, un material precum o bandă de cauciuc este foarte flexibil; când se aplică o forță pentru a întinde banda de cauciuc, aceasta se deformează sau își schimbă ușor forma.

O mică solicitare a benzii de cauciuc provoacă o deformare mare. Oțelul este considerat a fi un material rigid, în timp ce o bandă de cauciuc este considerată un material flexibil. La nivelul particulelor, un material rigid este caracterizat de atomi și / sau molecule cu atracții puternice unul pentru celălalt.

Atunci când se aplică o forță în încercarea de a întinde sau deforma materialul, interacțiunile sale puternice de particule împiedică această deformare și ajută materialul să își mențină forma. Materialele rigide precum oțelul sunt considerate a avea o elasticitate ridicată. Faza materiei are un impact extraordinar asupra proprietăților elastice ale mediului.

În general, materialele solide au cele mai puternice interacțiuni între particule, urmate de lichide și apoi de gaze. Din acest motiv, undele sonore longitudinale călătoresc mai repede în materialele solide decât în cele ​​lichide și decât în ​​gaze. Chiar dacă factorul inerțial poate favoriza gazele, factorul elastic are o influență mai mare asupra vitezei (v) unei unde, rezultând astfel acest model general: vsolide> vlichide> vgaze.

Proprietățile inerțiale sunt acele proprietăți legate de tendința materialului de a fi lent la modificările stării sale de mișcare. Densitatea unui mediu este un exemplu de proprietate inerțială. Cu cât este mai mare inerția adică densitatea de masă a particulelor individuale ale mediului, cu atât vor fi mai puțin receptive la interacțiunile dintre particulele vecine și cu atât va fi mai lentă unda. Astfel, o undă sonoră va călători de aproape trei ori mai repede în Heliu decât în ​​aer. Acest lucru se datorează în principal masei mai mici a particulelor de heliu în comparație cu particulele de aer.

Formula de calcul a vitezei sunetului

Viteza unei unde sonore în aer depinde de proprietățile aerului, mai ales de temperatură și, într-un grad mai mic, de umiditate. Umiditatea este rezultatul prezenței vaporilor de apă în aer. Ca orice lichid, apa are tendința de a se evapora. La fel, particulele de apă gazoasă se amestecă în aer.

Această chestiune suplimentară va afecta densitatea de masă a aerului -o proprietate inerțială. Temperatura va afecta rezistența interacțiunilor dintre particule – o proprietate elastică. La presiunea atmosferică normală, dependența de temperatură a vitezei unei unde sonore prin aer uscat este aproximată prin următoarea ecuație:

v = 331 m / s + (0,6 m / s / C) • T, unde T este temperatura aerului în grade Celsius.

Folosind această ecuație pentru a determina viteza unei unde sonore în aer la o temperatură de 20 grade Celsius se obține următoarea soluție:

• v = 331 m / s + (0,6 m / s / C) • T
• v = 331 m / s + (0,6 m / s / C) • (20 C)
• v = 331 m / s + 12 m / s
• v = 343 m / s.

Mach care provine de la numele fizicianului austriac Ernst Mach, reprezintă unitatea de măsură folosită în aerodinamică pentru a putea fi exprimată viteza unui corp care se deplsează într-un mediu fluid. Viteza Mach 1 este egală cu viteza sunetului în fluidul respectiv, astfel că aceasta este egală cu 1.224 km/h sau 340m/s.