Kas yra garso greitis?
Žemės atmosferoje garso greitis yra 343 metrai per sekundę; arba 1 km 2, 91 per sekundę arba viena mylios 4, 69 per sekundę.
Garso greitis idealioje dujose priklauso tik nuo jo temperatūros ir sudėties. Greitis turi silpną priklausomybę nuo dažnio ir slėgio paprastame ore, šiek tiek nukrypstant nuo idealaus elgesio.
Kas yra garso greitis?
Paprastai garso greitis reiškia greitį, kuriuo garso bangos keliauja per orą. Tačiau garso greitis priklauso nuo medžiagos. Pavyzdžiui, garsas keliauja lėtiau dujose, greičiau sklinda skysčiuose ir dar greičiau - kietose medžiagose.
Jei garso greitis ore yra 343 metrai per sekundę, tai reiškia, kad jis važiuoja 1, 484 metrais per sekundę, o geležyje - apie 5 120 metrų per sekundę. Ypatingai kietoje medžiagoje, pavyzdžiui, deimantų, garsas keliauja 12 000 metrų per sekundę. Tai didžiausias greitis, kuriuo garsas gali važiuoti įprastomis sąlygomis.
Garso bangos kietosiose medžiagose susideda iš suspaudimo bangų, panašių į dujas ir skysčius, ir nuo kito tipo bangos, vadinamos rotacinėmis bangomis, kurios yra tik kietosiose medžiagose. Kietosios medžiagos sukimosi bangos paprastai važiuoja skirtingu greičiu.
Kompresijos bangų greitį kietosiose medžiagose lemia suspaustumas, tankis ir skersinis vidinio elastingumo modulis. Sukimosi bangų greitį lemia tik modulio skersinis elastingumas ir modulis.
Dinaminiame skystyje garso greitis skystoje terpėje, tiek dujose, tiek skystyje, yra naudojamas kaip santykinis matavimo momentas objekto, judančio per terpę, greičiui.
Objekto greičio santykis su šviesos greičiu skystyje vadinamas Objekto kovo numeriu. Objektai, judantys greičiau nei kovo 1 d., Vadinami objektais, keliaujančiais viršgarsiniu greičiu.
Pagrindinės sąvokos
Garso perdavimas gali būti iliustruojamas naudojant modelį, sudarytą iš serijų, kurias jungia laidai.
Realiuose gyvenimuose kamuoliukai yra molekulės, o siūlai - jų tarpusavio ryšiai. Garsas eina per modelį, suspaustą ir plečiantį laidus, perduodant energiją kaimyniniams kamuoliukams, kurie savo ruožtu perduoda energiją jų siūlams ir pan.
Garso greitis per modelį priklauso nuo sriegių standumo ir rutulių masės.
Kol erdvė tarp rutuliukų yra pastovi, griežtesni siūlai perduoda energiją greičiau, o kamuoliai su daugiau masės perduoda energiją lėčiau. Poveikis, pvz., Sklaida ir refleksija, taip pat gali būti suprantamas su šiuo modeliu.
Bet kurioje tikroje medžiagoje siūlų standumas vadinamas elastiniu moduliu, o masė atitinka tankį. Jei visi kiti dalykai yra lygūs, garsas pamažu plečiasi spongiškas medžiagas ir greitesnėmis medžiagomis.
Pavyzdžiui, garsas keliauja 1, 59 kartus greičiau per nikelį, nes nikelio standumas yra didesnis tuo pačiu tankiu.
Panašiai garsas sklinda 1, 41 karto greitesnėje vandenilio dujoje (protium) nei sunkioje vandenilio dujoje (deuteryje), nes sunkiosios dujos turi panašias savybes, bet turi dvigubą tankį.
Tuo pačiu metu „suspaudimo tipo“ garsas greičiau judės kietose medžiagose nei skysčiai ir greičiau sklinda skysčiuose nei dujų.
Šis poveikis atsiranda dėl to, kad kietosios medžiagos sunkiau suspausti nei skysčiai, o skysčiai yra sunkiau suspausti nei dujos.
Kompresijos bangos ir sukimosi bangos
Dujose ar skystyje garsą sudaro suspaudimo bangos. Kietose medžiagose bangos plinta per du skirtingus bangų tipus. Išilginė banga yra susijusi su suspaudimu ir dekompresija važiavimo kryptimi; tai yra tas pats procesas dujose ir skysčiuose, naudojant analogišką suspaudimo bangą kietose medžiagose.
Dujos ir skysčiai yra tik suspaudimo bangos. Papildomas bangos tipas, vadinamas skersine banga arba sukimosi banga, atsiranda tik kietosiose medžiagose, nes tik kietos medžiagos gali atlaikyti elastines deformacijas.
Taip yra todėl, kad elastinga terpės deformacija yra statmena bangos judėjimo krypčiai. Deformuoto sukimosi kryptis vadinama šio tipo bangų poliarizacija. Paprastai skersinės bangos atsiranda kaip ortogoninių poliarizacijų pora.
Šie skirtingi bangų tipai gali turėti skirtingą greitį tuo pačiu dažnumu. Todėl jie gali pasiekti stebėtoją įvairiais laikais. Tokios situacijos pavyzdys įvyksta žemės drebėjimuose, kur pirmoji įsijungia ūminės suspaudimo bangos, o virpesių skersinės bangos pasiekia kelias sekundes.
Bangų suspaudimo greitį skystyje lemia terpės suspaudžiamumas ir tankis.
Kietose medžiagose suspaudimo bangos yra analogiškos toms, kurios randamos skysčiuose, priklausomai nuo suspaudžiamumo, tankio ir papildomų skersinio elastingumo modulio veiksnių.
Rotacinių bangų, kurios atsiranda tik kietosiose dalyse, greitį lemia tik skersinis modulio elastingumas ir modulio tankis.
