Kakšna je hitrost zvoka in kako so jo ugotovili?

Filozofi so se dolga leta spraševali: 'če drevo pade v gozd in ga nihče ne sliši, ali oddaja zvok?' Znanstveniki so odgovorili na to vprašanje in ugotovili, kako hitro je ta zvok potoval. Izračun te hitrosti ni bil tako preprost, kot se je zdelo. Za razliko od svetlobne hitrosti, hitrost zvoka ni konstantna in različne spremenljivke spreminjajo, kako hitro potuje. Znanstveniki so vztrajali in zdaj razumejo, kako deluje zvok, pa naj gre za glas soprana ali pa drevo, ki trešči ob tla.

Kaj je zvok?

Zvok je energija, ki jo ustvarjajo vibracije. Ko predmeti vibrirajo, povzročijo, da delci okoli njih vibrirajo, kar posledično povzroči, da vibrira več delcev. To je zvočni val. Na primer, če drevo pade na tla, tresljaji, ki jih povzroči pristanek, ustvarijo zvočni val. Zvočni valovi se nadaljujejo, dokler jim ne zmanjka energije in če so ušesa v dosegu vala, jih je res mogoče slišati.

kako narediti nebo v mali alkimiji

Kakšna je hitrost zvoka?

Ko govorimo o hitrosti zvoka, večina ljudi misli na hitrost zvočnih valov, ki potujejo po zraku. Pri temperaturi 68 stopinj Fahrenheita v suhem okolju je hitrost zvoka približno 767 milj na uro. Hitrost se spreminja pri različnih temperaturah in se razlikuje tudi glede na pline, ki so prisotni v zraku.

Zakon strun

V 6. stoletju pred našim štetjem je filozof, matematik in igralec lire Pitagora preživel čas v raziskovanju, kako deluje zvok. Legenda pravi, da je njegovo delo na področju zvoka navdihnilo videnje, kako so kladiva različnih velikosti ustvarila različne tone v kovaški delavnici. Bolj verjetno je, da je eksperimentiranje z dolžino strun njegove lire navdihnilo njegovo odkritje, da je frekvenca obratno sorazmerna z dolžino strune. Znan je kot prvi zakon strun in je eno izmed prvih posnetih del o zvočnih valovih.

Sir Isaac Newton

Sir Isaac Newton je bil prvi, ki je objavil hitrost za zvok. Newton je stal v stebrišču na kolidžu Trinity College ploskal z rokami in meril, koliko časa je trajalo, da je zvok odjeknil nazaj v njegova ušesa. Brez sodobne merilne opreme se je za merjenje časa zanašal na nihalo. Njegova številka, objavljena v Principia Mathematica, se je zmanjšala za približno 15 odstotkov. Formulo, ki jo je razvil Newton, je izboljšal Pierre-Simon Laplace in je znana kot Newton-Laplaceova enačba.

Merjenje hitrosti zvoka s streli

V zgodnjih 1700-ih je velečasni William Durham izvajal poskuse za merjenje hitrosti zvoka. Medtem ko je stal v stolpu s teleskopom, so pomočniki streljali s puškami na številne lokalne znamenitosti. Durham je opazoval blisk strela in z nihalom meril, koliko časa je potreboval, da je slišal zvok. Ker je poznal zadevne razdalje, je bilo mogoče izračunati hitrost zvoka in velja za najzgodnejšo razumno natančno oceno.

Merjenje hitrosti zvoka s Kundtovo cevjo

August Kundt je leta 1866 izumil Kundtovo cev. Aparat je sestavljen iz prozorne cevi, ki vsebuje majhno količino drobnega prahu. Ko se na enem koncu cevi ustvari zvok, se prah premika z zvočnimi valovi. Nahaja se v enakomerno razmaknjenih intervalih v cevi, odvisno od valovne dolžine. Merjenje razdalje med kupi prahu omogoča izračun hitrosti zvoka. Polnjenje Kundtove cevi z različnimi plini omogoča merjenje hitrosti zvoka v različnih medijih.

Merjenje hitrosti zvoka z mikrofoni

Najpreprostejši način za merjenje hitrosti zvoka je danes z uporabo dveh mikrofonov. Osnovni koncept je enak Durhamovim puškam, vendar štoparice in hitre snemalne naprave omogočajo krajšo razdaljo med virom zvoka in merilno napravo. Zvok je lahko tudi mehkejši od piska iz puške.

Učinki nadmorske višine

Temperatura ima največji vpliv na hitrost zvoka. V vsakem idealnem plinu s konstantno sestavo je hitrost zvoka odvisna izključno od temperature. Zvok se upočasni, ko se temperature znižajo, kar pomeni, da se zvočni valovi na višjih nadmorskih višinah premikajo počasneje. Zato se splošna hitrost zvoka meri na morski gladini in temelji na določeni temperaturi.

naravni načini, kako se znebiti mrtma

Zvok v različnih snoveh

Ker zvok nastane z vibracijami delcev, za premikanje potrebuje medij. To pomeni, da v vakuumu ni zvoka, pomeni pa tudi, da se zvok lahko premika skozi snovi, ki niso zrak. Pravzaprav se zvok najpočasneje premika skozi pline. V vodi se premika več kot štirikrat hitreje, skozi železo pa 15-krat hitreje.

Prebijanje zvočne ovire

Čeprav so zgodnji letalski inženirji verjeli, da je hitrost zvoka ovira, ki je ne bo mogoče preseči, so jo umetni predmeti prvič prebili pred stoletji. Pok, ki se sliši iz biča, je zvočni udarec in celo zgodnje krogle so potovale hitreje od hitrosti zvoka. Chuck Yaeger je leta 1947 postal prva oseba, ki je letela hitreje od zvoka pri ravni letenju. Leta 2012 je Felix Baumgartner postal prva oseba, ki je potovala hitreje od zvoka brez vozila, ko je skočil s padalom s 120.000 čevljev.