Johtaminen Äänen Nopeus Ilmassa
Kuten aiemmin on todettu, että äänen nopeus on väliaineessa riippuu väliaineen ja valtion keskipitkän. Johtaminen yhtälö äänen nopeus ilmassa alkaa massavirta ja jatkuvuus yhtälö keskusteltu Nestettä Mekaniikka.
Kuva 17.,8 ääniaalto liikkuu nestemäärän läpi. Nesteen tiheys, lämpötila ja nopeus muuttuvat puolelta toiselle.
jatkuvuus yhtälö todetaan, että massavirta tultaessa määrä on yhtä suuri kuin massavirta jättäen tilavuus, joten
Tämä yhtälö voidaan yksinkertaistaa, huomata, että alueella peruuttaa ja ottaen huomioon, että kertomalla kahden infinitesimals on noin nolla: d\rho (dv)\approx 0,
net voimaan nesteen määrä ((Luku)) on sama kuin summa voimien vasempaan ja oikeaan kasvot:
Kuva 17.9 ääniaalto liikkuu määrä nestettä. Voima jokaisella kasvolla löytyy paine kertaa alue.,
jatkuvuus yhtälö \rho \,dv=\text{−}vd\rho , saadaan
Jos ilma voidaan pitää ihanteellinen kaasu, voimme käyttää ihanteellinen kaasun laki:
Tässä M on ilman moolimassa:
Koska äänen nopeus on yhtä suuri v=\sqrt{\frac{dp}{k\rho }} , nopeus on yhtä suuri kuin
yksi äänen tärkeimmistä ominaisuuksista on, että sen nopeus on lähes riippumaton taajuudesta. Tämä riippumattomuus on varmasti totta ulkoilmassa ääniä kuultavissa. Jos itsenäisyys ei olisi totta, sen varmasti huomaisi esimerkiksi jalkapallostadionilla marssivan bändin soittamasta musiikista., Oletetaan, että korkean taajuuden ääniä matkusti nopeammin—sitten kauemmas olit bändi, enemmän ääntä alhaisen piki välineitä olisi lag, että korkea-pitch niistä. Mutta kaikkien soittimien Musiikki saapuu kadenssiin etäisyydestä riippumatta, joten kaikkien taajuuksien on kuljettava lähes samalla nopeudella. Muista, että
Kuva 17.10, Koska he matkustavat samalla nopeudella tietyssä keskitaso, matala-taajuus ääniä on suurempi aallonpituus kuin korkean taajuuden ääniä., Täällä, alemman taajuuden ääniä synnyttämä suuri puhuja, jota kutsutaan bassokaiutin, kun taas korkeamman taajuuden ääniä synnyttämä pieni kaiutin, jota kutsutaan diskantti.
äänen nopeus voi muuttua, kun ääni kulkee yhdestä osasta toiseen, mutta taajuus pysyy yleensä samana. Tämä on samanlainen taajuus aallon merkkijono on yhtä suuri taajuus voiman värähtelevän merkkijonon. Jos v muuttuu ja f pysyy samana, aallonpituus \lambda on muutettava., Toisin sanoen, Koska v = f\lambda, mitä suurempi äänen nopeus, sitä suurempi sen aallonpituus tietyllä taajuudella.
Tarkista ymmärryksesi
Kuvittele, että havaitset kahden ilotulitteen räjähtävän. Kuulet räjähdyksen heti, kun näet sen. Kuitenkin näet toisen kuoren useita millisekunteja ennen kuin kuulet räjähdyksen. Selitä, miksi näin on.
Vaikka ääniaallot nesteen ovat pitkittäis -, ääni-aallot kiinteä matka-sekä pitkittäinen poikittainen aaltoja ja aallot. Seismisiä aaltoja, jotka ovat lähinnä äänen aaltojen maankuoren valmistettu maanjäristykset, ovat mielenkiintoinen esimerkki siitä, miten äänen nopeus riippuu jäykkyyttä medium., Maanjäristykset tuottavat sekä pitkittäis-että poikittaisaaltoja, ja ne kulkevat eri nopeuksilla. Graniitin massamoduuli on suurempi kuin sen leikkausmoduuli. Siitä syystä, nopeus pitkittäis-tai paine-aallot (S-aallot) vuonna maanjäristykset graniitti on huomattavasti suurempi kuin nopeus poikittainen tai leikkaus aallot (S-aallot). Molemmat maanjäristysaallot liikkuvat hitaammin vähemmän jäykässä materiaalissa, kuten sedimenteissä. P-aaltojen nopeus on 4-7 km/s, ja S-aaltojen nopeus on 2-5 km/s, molemmat nopeampia jäykemmässä materiaalissa., P-aalto pääsee vähitellen s-aallon edelle kulkiessaan maankuoren läpi. P – ja S-aaltojen välistä aikaa käytetään rutiininomaisesti määrittämään etäisyys niiden lähteeseen, maanjäristyksen episentrumiin. Koska S-aallot eivät kulje nestemäinen ydin, kaksi varjo alueilla tuotetaan ((Kuvassa)).
Kuva 17.11 Maanjäristykset tuottaa sekä pitkittäis-aallot (S-aallot) ja poikittaiset aallot (S-aallot), ja nämä matkustaa eri nopeuksilla., Molemmat aallot kulkevat eri nopeuksilla maapallon eri alueilla, mutta yleensä P-aallot kulkevat S-aaltoja nopeammin. S-aaltoja ei voi tukea nestemäisellä ytimellä, jolloin syntyy varjoalueita.
Kuten ääntä aallot siirtää pois kaiutin, tai päässä episentrumi maanjäristys, niiden teho pinta-alayksikköä kohti pienenee. Siksi ääni on hyvin kova lähellä kaiutinta ja muuttuu vähemmän äänekkääksi siirryttäessä pois kaiuttimesta., Tämä selittää myös, miksi ei voi olla äärimmäinen määrä vaurioita episentrumi maanjäristys, mutta vain vapinaa tuntuvat alueilla kaukana keskuksesta. Yksikkökohtainen teho tunnetaan intensiteettinä, ja seuraavassa jaksossa keskustellaan siitä, miten intensiteetti riippuu etäisyydestä lähteestä.