Je hebt vast vaak gezien dat wanneer er een storm is, het eerste dat er is een licht is dat de bliksem is en dan komt het geluid. Dit komt door de Snelheid van geluid. Wetenschappers hebben de maximale snelheid gevonden waarmee geluid zich door de lucht kan voortplanten. In de natuurkunde is dit erg belangrijk. Meer over dit fenomeen kunt u lezen in het artikel over Alles wat u moet weten over bliksem.
Daarom gaan we dit artikel wijden aan het vertellen van alles wat je moet weten over de snelheid van geluid en hoe het zich voortplant.
Snelheid van geluid
De voortplantingssnelheid van een geluidsgolf hangt af van de eigenschappen van het medium waarin de golf zich voortplant, niet van de eigenschappen van de golf zelf of van de kracht die de golf veroorzaakt. De voortplantingssnelheid van geluidsgolven wordt ook wel de geluidssnelheid genoemd. In de atmosfeer van de aarde, de temperatuur is 20ÂşC, dat is 343 meter per seconde. De snelheid van geluid varieert met het voortplantingsmedium en de manier waarop het zich in het medium voortplant, helpt om bepaalde kenmerken van het transmissiemedium beter te begrijpen. Wanneer de temperatuur van het voortplantingsmedium verandert, verandert ook de geluidssnelheid. Dit komt omdat een stijging van de temperatuur leidt tot een toename van de frequentie van interacties tussen deeltjes die trillingen dragen, wat zich vertaalt in een toename van de snelheid van de golf.
Over het algemeen geldt dat de geluidssnelheid in vaste stoffen hoger is dan in vloeistoffen, en dat de geluidssnelheid in vloeistoffen hoger is dan in gassen. Dit komt doordat hoe meer vaste materie er is, hoe groter de mate van cohesie van de atomaire bindingen, wat de voortplanting van geluidsgolven bevordert. Als u meer wilt weten over dit onderwerp, bekijk dan ons artikel over de geluidsbarrière.
De voortplantingssnelheid van geluid hangt voornamelijk af van de elasticiteit van het medium dat het voortplant. Elasticiteit verwijst naar het vermogen om zijn oorspronkelijke vorm te herstellen.
Wat is geluid?
Geluid is een drukgolf die zich door lucht kan voortplanten door compressie en depressie. Het geluid dat we om ons heen waarnemen, is niets meer dan energie die wordt opgewekt door trillingen die zich door de lucht of een ander medium voortplanten, en die kan worden ontvangen en gehoord wanneer het het menselijk oor bereikt. We weten dat geluid zich voortplant in de vorm van golven.
Golven zijn trillingsstoringen in een medium, die energie van het ene punt naar het andere overbrengen, zonder dat er direct contact is tussen deze twee punten. We kunnen zeggen dat de golf wordt veroorzaakt door de trilling van de deeltjes van het medium waar de golf doorheen gaat, dat wil zeggen door het voortplantingsproces dat overeenkomt met de longitudinale verplaatsing (in de voortplantingsrichting) van de luchtmoleculen. Het gebied met grote verplaatsing verschijnt in het gebied waar de amplitude van de drukverandering nul is en vice versa.
Het geluid in een luidspreker
Lucht in een buis met aan het ene uiteinde een luidspreker en aan het andere uiteinde gesloten, trilt in de vorm van golven. Statisch in lengterichting. Eigen trillingsmodi van buizen met deze kenmerken. Het komt overeen met een sinusgolf, waarvan de golflengte zodanig is dat er een punt is met amplitude nul. Het uitlaatknooppunt aan het uiteinde van de luidspreker en het gesloten uiteinde van de buis, omdat de lucht door respectievelijk de luidspreker en de buisdop niet vrij kan bewegen. In deze knopen hebben we een maximale variatie van de druk, een buik of buik, van de staande golf.
Geluidssnelheid in verschillende media
De snelheid van geluid varieert afhankelijk van het medium waarin de geluidsgolf zich voortplant. Het verandert ook met de temperatuur van de omgeving. Dit komt doordat een stijging van de temperatuur een toename in de frequentie van de interacties tussen deeltjes die trillingen overbrengen veroorzaakt. Een toename in deze activiteit verhoogt de snelheid. Dit fenomeen houdt rechtstreeks verband met de geluidsvoortplanting in de ruimte.
In sneeuw kan geluid bijvoorbeeld lange afstanden afleggen. Dit komt door breking onder sneeuw, wat geen homogeen medium is. Elke laag sneeuw heeft een andere temperatuur. De diepste plaatsen die de zon niet kan bereiken, zijn kouder dan het oppervlak. In deze koelere lagen dicht bij de grond is de voortplantingssnelheid van geluid langzamer.
Over het algemeen is de geluidssnelheid groter in vaste stoffen dan in vloeistoffen en groter in vloeistoffen dan in gassen. Dit komt omdat hoe hoger de cohesie van de atomaire of moleculaire bindingen, hoe sterker de stof. De geluidssnelheid in lucht (bij een temperatuur van 20°C) is 343,2 m/s.
Laten we eens kijken naar de geluidssnelheid in sommige media:
- In lucht, bij 0 ° C, reist geluid met een snelheid van 331 m / s (voor elke graad Celsius stijgt de temperatuur, neemt de geluidssnelheid toe met 0,6 m / s).
- In water (bij 25°C) is het 1593 m/s.
- In weefsels is het 1540 m / s.
- In hout is het 3700 m/s.
- In beton is het 4000 m/s.
- In staal is dat 6100 m/s.
- In aluminium is dit 6400 m/s.
- In cadmium is het 12400 m/s.
De voortplantingssnelheid van de drukgolf is van groot belang bij de bestudering van het resonantieverschijnsel in de commutator van een zuigermotor en is afhankelijk van de kenmerken van de omgeving. Bij gassen zijn bijvoorbeeld het verdampt gasmengsel in het inlaatspruitstuk en de verbrande gassen in het uitlaatspruitstuk afhankelijk van hun dichtheid en druk. Er is een belangrijke relatie tussen de snelheid van geluid en de drukgradiënt.
Soorten voortplantende golven
Er zijn twee soorten golven: longitudinale golven en transversale golven.
- Lengtegolf: Golf waarin de deeltjes van een medium van de ene naar de andere kant trillen in dezelfde richting als de golf. Het medium kan vast, vloeibaar of gasvormig zijn. Daarom zijn geluidsgolven longitudinale golven.
- transversale golf: Een golf waarbij de deeltjes in het medium "loodrecht" op en neer trillen op de bewegingsrichting van de golf. Deze golven verschijnen alleen in vaste stoffen en vloeistoffen, niet in gassen.
Maar onthoud dat golven in alle richtingen reizen, dus het is gemakkelijker om te denken dat ze door een bol gaan.
Ik hoop dat u met deze informatie meer leert over de geluidssnelheid en de eigenschappen ervan.