egyetemi fizika 1. kötet

egyetemi fizika 1. kötet

A levegő Hangsebességének levezetése

mint korábban említettük, a közeg hangsebessége a közeg közegétől és állapotától függ. A levegő hangsebességére vonatkozó egyenlet levezetése a Folyadékmechanikában tárgyalt tömegáram-és folytonossági egyenlettel kezdődik.

\ frac{dm}{dt}= \ frac{d}{DT}(\rho V)=\frac{d}{DT}(\rho Ax)=\rho a\frac{DX}{dt}=\rho Av.

17.ábra.,8 A hanghullám áthalad egy folyadékmennyiségen. A folyadék sűrűsége, hőmérséklete és sebessége egyik oldalról a másikra változik.

a folytonossági egyenlet azt állítja, hogy a térfogatba belépő tömegáram megegyezik a térfogatot elhagyó tömegárammal, tehát

\rho Av=(\rho +d\rho )A(v+dv).,

Ez az egyenlet lehet egyszerűsített, megjegyezve, hogy a területet törli, valamint figyelembe véve, hogy a szorzás két infinitesimals körülbelül egyenlő nulla: d\rho (dv)\körülbelül 0,

A net erő a mennyiségű folyadék ((. Ábra)) egyenlő erők összege a bal arcát, s a jobb arc:

Ábra 17.9 Egy hang hullám mozog a mennyiségű folyadék. Az erő minden arcon megtalálható a nyomás alkalommal a területen.,

a folytonossági egyenlet \rho \,dv=\text{−}vd\rho , megkapjuk

Ha a levegő tekinthető ideális gáz, tudjuk használni az ideális gáz törvény:

\begin{array}{ccc}\hfill pV& =\hfill & nem integrált foglalási=\frac{m}{M}RT\hfill \\ \hfill p& =\hfill & \frac{m}{V}\,\frac{RT}{M}=\rho \frac{RT}{M}.\hfill \ end{array}

itt m a levegő móltömege:

\ frac{d\rho }= \ FRAC{\gamma p} {\rho } = \ FRAC{\gamma (\rho \ frac{RT}{M})} {\rho } = \ FRAC{\gamma RT}{M}}.,

mivel a hangsebesség egyenlő v=\sqrt{\frac{dp}{d\rho}}}, a sebesség egyenlő

v=\sqrt {\FRAC{\gamma \, RT}{m}}}.

a hang egyik legfontosabb tulajdonsága, hogy sebessége szinte független a frekvenciától. Ez a függetlenség minden bizonnyal igaz a szabadtéri hangokra a hallható tartományban. Ha ez a függetlenség nem lenne igaz,akkor biztosan észrevenné, hogy például egy futballstadionban egy menetelő zenekar zenél., Tegyük fel, hogy a nagyfrekvenciás hangok gyorsabban haladtak-akkor minél távolabb voltál a sávtól, annál inkább az alacsony hangmagasságú hangszerek hangja elmarad a magas hangmagasságoktól. De az összes hangszer zenéje a távolságtól függetlenül kadenciába érkezik, így minden frekvenciának közel azonos sebességgel kell haladnia. Emlékezzünk vissza, hogy

v = f \ lambda .

17.10.ábra mivel ugyanazon sebességgel haladnak egy adott közegben, az alacsony frekvenciájú hangoknak nagyobb hullámhosszúnak kell lenniük, mint a nagyfrekvenciás hangoknak., Itt, az alacsonyabb frekvenciájú hangok által kibocsátott, a nagy szónok, úgynevezett woofer, mivel a magasabb frekvenciájú hangok által kibocsátott, a kis hangszóró, úgynevezett magassugárzó.

a hang sebessége megváltozhat, ha a hang egyik közegről a másikra halad, de a frekvencia általában ugyanaz marad. Ez hasonló a hullám frekvenciájához egy karakterláncon, amely megegyezik a karakterláncot oszcilláló erő frekvenciájával. Ha v változik és f változatlan marad, akkor a \lambda hullámhossznak meg kell változnia., Vagyis azért, mert v = f \ lambda, annál nagyobb a hang sebessége, annál nagyobb a hullámhossza egy adott frekvenciához.

ellenőrizze megértését

képzelje el, hogy két tűzijáték-kagyló felrobban. Hallod az egyik robbanását, amint meglátod. A másik héjat azonban több milliszekundumra látja, mielőtt meghallja a robbanást. Magyarázza el, miért van ez így.

show Solution

a hang és a fény egyaránt meghatározott sebességgel halad, és a hangsebesség lassabb, mint a fénysebesség., Az első héj valószínűleg nagyon közel van, így a sebességkülönbség nem észrevehető. A második héj távolabb van, így a fény észrevehetően hamarabb érkezik a szemébe, mint a hanghullám a fülére.

bár a folyadékban lévő hanghullámok hosszirányúak, a szilárd hanghullámok mind hosszanti, mind keresztirányú hullámokként mozognak. A szeizmikus hullámok, amelyek lényegében a földrengések által termelt földkéregben hanghullámok, érdekes példa arra, hogy a hangsebesség a közeg merevségétől függ., A földrengések mind hosszanti, mind keresztirányú hullámokat hoznak létre, amelyek különböző sebességgel haladnak. A gránit ömlesztett modulusa nagyobb, mint a nyírási modulusa. Ezért a gránit földrengéseiben a hosszanti vagy nyomáshullámok (P-hullámok) sebessége jelentősen magasabb, mint a keresztirányú vagy nyíróhullámok (s-hullámok) sebessége. A földrengéshullámok mindkét típusa lassabban halad kevésbé merev anyagokban, például üledékekben. A P-hullámok sebessége 4-7 km/s, az S-hullámok sebessége 2-5 km/s, mindkettő merevebb anyagban gyorsabb., A P-hullám fokozatosan távolabb kerül az S-hullám előtt, amikor a Földkéregen keresztül haladnak. A P – és S-hullámok közötti időt rutinszerűen használják a forrásuktól, a földrengés epicentrumától való távolság meghatározására. Mivel az S-hullámok nem haladnak át a folyékony magon, két árnyékrégiót állítanak elő ((ábra)).

17.11 ábra a földrengések mind hosszanti hullámokat (p-hullámokat), mind keresztirányú hullámokat (s-hullámokat) termelnek, és ezek különböző sebességgel haladnak., Mindkét hullám különböző sebességgel halad a Föld különböző régióiban, de általában a P-hullámok gyorsabban haladnak, mint az S-hullámok. Az S-hullámokat a folyékony mag nem tudja támogatni, árnyékrégiókat hozva létre.

mivel a hanghullámok távolodnak a hangszórótól, vagy egy földrengés epicentrumától, egységnyi területenként csökken a teljesítményük. Ez az oka annak, hogy a hang nagyon hangos a hangszóró közelében, és kevésbé hangos lesz, amikor távolodik a hangszórótól., Ez megmagyarázza azt is, hogy miért lehet szélsőséges károkat okozni egy földrengés epicentrumában, de csak remegés érezhető az epicentrumtól távol eső területeken. A teljesítmény egységnyi területen ismert, mint az intenzitás, a következő részben, megbeszéljük, hogy az intenzitás függ a távolság a forrás.

Vélemény, hozzászólás?

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöltük