Delen:
Wat is de snelheid van geluid?
In de atmosfeer van de aarde, de snelheid van geluid het is 343 meter per seconde; of één kilometer op 2,91 per seconde of één mijl op 4,69 per seconde.
De snelheid van het geluid in een ideaal gas hangt alleen af van de temperatuur en samenstelling. De snelheid heeft een zwakke afhankelijkheid van de frequentie en van de druk in de gewone lucht, en wijkt wat af van het ideale gedrag.
Wat is de snelheid van geluid?
Gewoonlijk verwijst de snelheid van geluid naar de snelheid waarmee geluidsgolven door de lucht reizen. De snelheid van het geluid is echter afhankelijk van de stof. Het geluid gaat bijvoorbeeld langzamer in gassen, reist sneller in vloeistoffen en zelfs sneller in vaste stoffen.
Als de snelheid van het geluid 343 meter per seconde in de lucht is, betekent dit dat het met 1,484 meter per seconde in water en met ongeveer 5.120 meter per seconde in ijzer reist. In een uitzonderlijk hard materiaal, zoals diamant bijvoorbeeld, reist het geluid met 12.000 meter per seconde. Dit is de hoogste snelheid waarmee geluid onder normale omstandigheden kan reizen.
Geluidsgolven in vaste stoffen zijn samengesteld uit compressiegolven, zoals in gassen en vloeistoffen, en van een ander type golf dat rotatiegolven wordt genoemd en alleen in vaste stoffen aanwezig is. Rotatiegolven in vaste stoffen reizen meestal met verschillende snelheden.
De snelheid van de compressiegolven in de vaste stoffen wordt bepaald door de samendrukbaarheid, de dichtheid en de transversale elasticiteitsmodulus van het medium. De snelheid van de rotatiegolven wordt alleen bepaald door de dichtheid en de modulus van transversale elasticiteit van de module.
In dynamische vloeistof wordt de snelheid van geluid in een vloeibaar medium, hetzij gas of vloeistof, gebruikt als een relatieve maat voor de snelheid van een object dat door het medium beweegt.
De verhouding van de snelheid van een object tot de snelheid van het licht in een vloeistof wordt het maartnummer van een object genoemd. Objecten die sneller bewegen dan 1 maart worden objecten met supersonische snelheden genoemd.
Basisbegrippen
De overdracht van geluid kan worden geïllustreerd met behulp van een model dat bestaat uit een reeks kogels die met elkaar zijn verbonden door draden.
In het echte leven vertegenwoordigen de ballen de moleculen en vertegenwoordigen de draden de verbindingen daartussen. Het geluid passeert het model en comprimeert en breidt de draden uit, en zendt energie naar de naburige ballen, die op hun beurt de energie doorgeven aan hun draden enzovoorts..
De snelheid van het geluid door het model hangt af van de stijfheid van de draden en de massa van de ballen.
Zolang de ruimte tussen de ballen constant is, geven de stijvere draden energie sneller door, en ballen met meer massa zenden energie langzamer uit. Effecten zoals verstrooiing en reflectie kunnen ook met dit model worden begrepen.
In elk echt materiaal wordt de stijfheid van de draden de elastische modulus genoemd en komt de massa overeen met de dichtheid. Als alle andere dingen gelijk zijn, zal het geluid trager bewegen in sponsachtige materialen en sneller in stijvere materialen.
Het geluid gaat bijvoorbeeld 1,59 keer sneller door nikkel dan brons, omdat de stijfheid van nikkel groter is bij dezelfde dichtheid.
Evenzo gaat geluid 1,41 keer sneller in een licht waterstofgas (protium) dan in een zwaar waterstofgas (deuterium), omdat zwaar gas vergelijkbare eigenschappen heeft maar tweemaal de dichtheid heeft.
Tegelijkertijd zal het "compressietype" -geluid sneller in vaste stoffen dan vloeistoffen reizen en sneller in vloeistoffen dan in gassen reizen.
Dit effect is te wijten aan het feit dat vaste stoffen meer moeite hebben om te comprimeren dan vloeistoffen, terwijl vloeistoffen daarentegen moeilijker te comprimeren zijn dan gassen..
Compressiegolven en rotatiegolven
In een gas of een vloeistof bestaat geluid uit compressiegolven. In vaste stoffen propageren golven zich door twee verschillende soorten golven. Een longitudinale golf is geassocieerd met compressie en decompressie in de rijrichting; het is hetzelfde proces in gassen en vloeistoffen, met een analoge compressiegolf in vaste stoffen.
Alleen compressiegolven bestaan in gassen en vloeistoffen. Een extra type golf, transversale golf of rotatiegolf genoemd, vindt alleen in vaste stoffen plaats, omdat alleen vaste stoffen bestand zijn tegen elastische vervormingen.
Dit komt omdat de elastische vervorming van het medium loodrecht staat op de bewegingsrichting van de golf. De richting van de vervormde rotatie wordt de polarisatie van dit type golf genoemd. Over het algemeen treden transversale golven op als een paar orthogonale polarisaties.
Deze verschillende soorten golven kunnen verschillende snelheden hebben op dezelfde frequentie. Daarom kunnen ze op verschillende momenten een waarnemer bereiken. Een voorbeeld van deze situatie doet zich voor bij aardbevingen, waar de acute compressiegolven het eerst arriveren en de oscillerende transversale golven seconden later arriveren.
De compressiesnelheid van golven in een vloeistof wordt bepaald door de samendrukbaarheid en dichtheid van het medium.
In vaste stoffen zijn compressiegolven analoog aan die in vloeistoffen, afhankelijk van de samendrukbaarheid, dichtheid en aanvullende factoren van de transversale elasticiteitsmodulus.
De snelheid van de rotatiegolven, die alleen in vaste stoffen voorkomen, wordt alleen bepaald door de modulus van transversale elasticiteit en de dichtheid van de module.
referenties
- Snelheid van geluid in verschillende bulkmedia. Hyper Physics Teruggeplaatst van hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
- De snelheid van geluid. Opgehaald van mathpages.com.
- Het Master Handbook of Acoustics. (2001). New York, Verenigde Staten. McGraw-Hill. Opgehaald van wikipedia.com.
- Snelheid van het geluid in water bij temperaturen. De engineering-toolbox. Opgehaald van engineeringtoolbox.com.
- Snelheid van geluid in lucht. Physicis van muzieknoten. Teruggeplaatst van phy.mtu.edu.
- Atmosferische effecten op de snelheid van geluid. (1979). Technisch rapport van technisch informatiecentrum over defensie. Opgehaald van wikipedia.com.