Хуткасць гуку ў паветры

Для шматлікіх нават праз гады пасля заканчэння школы застаецца невядомым, якая ж на самай справе хуткасць гуку ў паветры. Хтосьці няўважліва слухаў выкладчыка, а хтосьці проста не да канца зразумеў выкладаць матэрыял. Што ж, быць можа, настаў час папоўніць гэты прабел у ведах. Сёння мы не проста пакажам «сухія» лічбы, а растлумачым сам механізм, які вызначае хуткасць гуку ў паветры.

Як вядома, паветра ўяўляе сабой сукупнасць розных газаў. Крыху больш за 78% прыпадае на азот, амаль 21% займае кісларод, астатняя частка прадстаўлена вуглякіслым і інэртнымі газамі. Такім чынам, гаворка пойдзе аб хуткасці распаўсюджвання гуку ў газавым асяроддзі.

Спачатку давайце вызначымся, што такое гук. Напэўна шматлікія чулі выказванне «гукавыя хвалі» або «гукавыя ваганні». Сапраўды, напрыклад, дыфузар звуковоспроизводящей калонкі вагаецца з пэўнай частатой, якая класіфікуецца слыхавым апаратам чалавека як гук. Адзін з законаў фізікі абвяшчае, што ціск у газах і вадкасцях распаўсюджваецца без змены ва ўсіх напрамках. Адсюль вынікае, што ў ідэальных умовах хуткасць гуку ў газах раўнамерная. Зразумела, у рэчаіснасці мае месца яе натуральнае згасанне. Трэба запомніць гэтую асаблівасць, бо менавіта яна тлумачыць, чаму хуткасць можа змяняцца. Але гэта мы трохі адцягнуліся ад галоўнай тэмы. Такім чынам, калі гук - гэта ваганні, то што менавіта вагаецца?

Любы газ - гэта сукупнасць атамаў пэўнай канфігурацыі. У адрозненне ад цвёрдых тэл, паміж атамамі ў іх адносна вялікую адлегласьць (у параўнанні, напрыклад, з крышталічнай кратамі металаў). Можна прывесці аналогію з гарошынамі, размеркаванымі па ёмістасці з желеобразной масай. Крыніца гукавых ваганняў паведамляе імпульс руху бліжэйшым атама газу. Яны ў сваю чаргу, падобна шарам на більярдавым стале, «ўдараюць» па суседніх, і працэс паўтараецца. Хуткасць гуку ў паветры як раз і вызначае інтэнсіўнасць імпульсу-першапрычыны. Але гэта толькі адзін складнік. Чым шчыльней размешчаны атамы рэчыва, тым вышэй хуткасць распаўсюджвання гуку ў ім. Да прыкладу, хуткасць гуку ў паветры амаль у 10 разоў менш, чым у маналітным граніце. Гэта вельмі лёгка зразумець: каб атам ў газе мог «даляцець» да суседняга і перадаць яму энергію імпульсу, яму неабходна пераадолець пэўную адлегласць.

Следства: з павелічэннем тэмпературы хуткасць распаўсюджвання хваль павышаецца. Нягледзячы на цеплавое пашырэнне, ўласная хуткасць атамаў вышэй, яны хаатычна рухаюцца і часцей соударяются. Таксама дакладна, што сціснуты газ праводзіць гук нашмат хутчэй, але чэмпіёнам ўсё ж такі з'яўляецца звадкаваны агрэгатны стан. У разліках хуткасці гуку ў газах ўлічваюцца пачатковая шчыльнасць, сціскальнасць, тэмпература і каэфіцыент (газавая пастаянная). Уласна, усё гэта вынікае з вышэйсказанага.

Усё ж такі якая хуткасць гуку ў паветры? Многія ўжо здагадаліся, што немагчыма даць адназначны адказ. Прывядзём толькі некаторыя асноўныя дадзеныя:

- пры нулі градусаў Цэльсія на нулявой кропкі (узровень мора) хуткасць гуку складае каля 331 м / с;

- знізіўшы тэмпературу да - 20 градусаў Цэльсія, можна «запаволіць» гукавыя хвалі да 319 м / с, бо першапачаткова атамы ў прасторы рухаюцца павольней;

- павышэнне ж яе да 500 градусаў паскарае распаўсюджванне гуку амаль у паўтара разы - да 550 м / с.

Аднак прыведзеныя дадзеныя арыентыровачнымі, так як акрамя тэмпературы на здольнасць газаў праводзіць гук ўплывае таксама ціск, канфігурацыя прасторы (памяшканне з прадметамі ці адкрытая плошча), ўласная рухомасць і г.д.

У цяперашні час ўласцівасць атмасферы праводзіць гук актыўна даследуецца. Да прыкладу, адзін з праектаў дазваляе з дапамогай рэгістрацыі адлюстраванага гукавога сігналу (рэха) вызначаць тэмпературу слаёў паветра.