تختلف سرعة الصوت في الهواء الساخن والبارد والصوت وسرعته باختلاف التأثيرات التي يمر بها من وقت ظهوره من اهتزازات من جزيئات المادة، عبر انتقاله عبر الهواء والأشياء، حتى وصوله إلى. الأذن
تختلف سرعة الضوء الذي ينتقل عبر الهواء عن السفر عبر المواد الصلبة والسفر عبر الهيليوم، لذلك سنشرح سرعة الصوت في الهواء الساخن والبارد من خلال موقع القلعةة.
علم الصوت
يعتبر الصوت موجات طولية وعرضية، وتعمل هذه الموجات كناقل للطاقة الناتجة عن الاضطرابات الداخلية لشيء ما، بشرط أن يكون اتجاهها عموديًا على نفس اتجاه نقل الطاقة.
تم إعطاء نفس الاسم لعلم دراسة الصوت، وكيف نشأ، ومن أين نشأ، وما الذي يؤثر عليه.
حيث أطلق عليه اسم “علم الصحة”، فقد تفرع إلى علوم الصحة وداخل العديد من العلوم الأخرى مثل:
- دراسة الآلات الموسيقية.
- علوم البحار العميقة.
- تقليل الضوضاء.
- التكهن في مجال البحث بالموجات فوق الصوتية.
راجع أيضًا: السرعة التقريبية للضوء
كيف يصل الصوت الى الاذن؟
الصوت له تعريف آخر لأنه اهتزاز الموجات في كل زمان ومكان، حيث تهتز هذه الموجات صعودًا وهبوطًا في فترة زمنية معينة.
وذلك عندما ينتقل عبر عدة وسائط مثل الماء أو الهواء أو الأجسام الصلبة حتى يصل إلى طبلة الأذن.
تهتز هذه الموجات لإرسال إشارات إلى الدماغ، والتي يحولها الدماغ إلى أصوات.
سرعة الصوت في الهواء
ينتقل الصوت عبر الغازات الموجودة في الهواء، مما يتسبب في اصطدام جزيئات الغاز ببعضها البعض.
نظرًا لوجود أنواع عديدة من الغازات، فقد طور العلماء ما يسمى بالثابت الخاص الذي يعبر عن كل نوع من أنواع الغازات.
يقاس بالوحدة التالية: “م 2 / ث 2 / كلفن”، وقد تم تحديد تصنيف خاص له، وهو خاص بالهواء فقط، ويصل إلى 286.
معادلات سرعة الصوت
وضعت وكالة ناسا قانونًا خاصًا لسرعة الصوت، وهو كالتالي:
سرعة الصوت في الهواء = الجذر التربيعي لـ (معامل الانتروبيا x ثابت الغاز x درجة الحرارة المطلقة).
قدر العلماء أن ثابت الانتروبيا للهواء عند درجة حرارة مثالية هو 1.4.
قاموا بقياس درجة الحرارة المطلقة فيما يسمى بوحدة كلفن.
وذلك من خلال هذه المعادلة “درجة حرارة هذه الدرجة السلزية + 273.15”.
يُقاس الصوت في الهواء عند درجة حرارة باردة تبلغ 0 درجة مئوية (332 م / ث) على النحو التالي.
سرعة الصوت في الهواء = 331.4 + 0.6 × درجة الحرارة في الهواء (تقاس بالدرجة المئوية).
قياس سرعة تردد الصوت مع معرفة تردد الموجة وطولها كما يلي:
سرعة الموجة = التردد × الطول الموجي
لذلك، تكون سرعة الصوت أسرع عندما تكون درجة حرارة الهواء مرتفعة، وتنخفض عندما تنخفض درجة حرارة الهواء.
حيث تصل سرعة الصوت إلى 1225 كم / ساعة عندما تكون درجة حرارة الهواء 15 درجة مئوية.
أمثلة على حساب سرعة الصوت
وجدنا سرعة الصوت عند 3 درجات مئوية
المحلول. تكون سرعة الصوت عند درجة حرارة 3 درجات مئوية حسب معادلة سرعة الصوت كما يلي:
331.4 + 0.6 × 3 = 333.2 م / ث
نوجد سرعة الصوت عند 38 درجة مئوية
المحلول. سرعة الصوت عندما يكون في الهواء عند 38 درجة مئوية، وفقًا لقانون سرعة الصوت، هي:
331.4 + 0.6 × 38 = 354.2 م / ث
نحسب درجة حرارة الهواء عند انبعاث الصوت بتردد 15000 وطول موجي 0.023 هرتز.
المحلول. احسب درجة حرارة الهواء عند تردد صوت 15000 هرتز و 0.023 مترًا.
إنه قياس الطول الموجي للصوت، لذلك نطبق قانون سرعة الموجة حتى نحصل على النتيجة التالية:
أولًا نجد سرعة الصوت
15000 × 0.023 = 345 م / ث
سرعة الصوت 345 م / ث
نجد درجة الحرارة
المعادلة الأصلية هي:
سرعة الصوت 345 م / ث = 331.4 + 0.6 × درجة الحرارة.
لذلك عندما تكون درجة الحرارة هي ما نريد معرفته، نقوم ببضع خطوات.
نطرح العامل الثابت من سرعة الضوء، وهي 331.4، أي 345، لنحصل على 13.6، بحيث يكون الشكل الجديد للاعتدال ؛
13.6 = 0.6 × درجة الحرارة
نقسم معادلة كلا الطرفين على 0.6 لإيجاد درجة الحرارة، وهي 22.67 درجة مئوية.
العوامل المؤثرة في سرعة الموجات الصوتية في الهواء
تأثير تغير الضغط على سرعة الصوت
يؤثر التغيير في ضغط الهواء على سرعة الصوت إذا كانت درجة الحرارة ثابتة.
أنظر أيضا: الموجات فوق الصوتية في الطب
تأثير درجة حرارة الهواء على سرعة الصوت
حيث تكون سرعة الصوت لأي نوع من الغاز متناسبة طرديًا مع الجذر التربيعي لدرجة الحرارة المطلقة للغاز.
وبذلك يصل حجم الزيادة في سرعة الصوت إلى (0.61 م / ث) عندما ترتفع درجة الحرارة بمقدار درجة واحدة مئوية.
تأثير تغير الرطوبة على سرعة الصوت
تنتقل الرطوبة وسرعة الصوت في خطين متساويين ومتوازيين، فكلما زادت الرطوبة في الهواء، زادت سرعة الصوت.
لأن الرطوبة تقلل من كثافة الهواء في الغلاف الجوي.
تأثيرات الرياح في الهواء على الصوت
تزداد سرعة الصوت إذا كانت الرياح تتحرك في الاتجاه المعاكس للصوت أو إذا كانت الرياح تتحرك بزاوية أقل من 90 درجة.
تنخفض سرعة الصوت إذا كانت الرياح تتحرك في اتجاه معاكس لسرعة الصوت أو إذا كانت تتحرك بزاوية منفرجة.
لا تتأثر سرعة الضوء إذا كانت الرياح تتحرك عموديًا في نفس اتجاه الصوت، ولا تتأثر سرعة الصوت بالتردد أو الطول الموجي.
هذا لأن سرعة الصوت في الهواء لا تعتمد على التردد، ونرمز إليه بالحرف f، ولا تعتمد على الطول الموجي لأن c = f = الاحتكاك.
تأثير سعة الصوت على سرعة الصوت مثل سرعة الصوت بأحجام كبيرة.
يمكن أن تكون سرعة الصوت ثابتة، بينما في الأبعاد الكبيرة تكون سرعته أكبر من السرعة العادية.
تأثير درجة حرارة الهواء على سرعة الصوت
كما قلنا سابقًا، فإن سرعة الصوت في أي نوع من الغاز تتناسب طرديًا مع الجذر التربيعي لدرجة حرارة ذلك الغاز.
نظهر الزيادة في سرعة الضوء مع ارتفاع درجة الحرارة إلى درجات مئوية.
معادلة الغاز العامة هي: pv = nRt
إذا كان الغاز مثاليًا، فسيكون كما يلي:
Pv = م / MRT
N = م / م
هذا لأن P = m / VRT / M
ف =؟ عدد المولات RT / M = n
P =؟ RT / M ثابت الغاز = R
ج =؟ (؟ P /؟) درجة الحرارة المطلقة = T.
ج =؟ (؟ RT / M) كتلة الغاز = م
ج = ك؟ الوزن الجزئي تي = م
مع العلم أن (M، R،؟) تعتبر ثوابت في المعادلات.
سرعة الصوت في الهواء الدافئ والبارد
تكون سرعة الصوت في الهواء الدافئ أكبر من سرعة الهواء البارد لأن جزيئات الهواء تتحرك بشكل أسرع.
لذلك يمكن أن تنتقل اهتزازات الموجات الصوتية بشكل أسرع، مما يعني أنه عندما ينتقل الصوت من الهواء الدافئ إلى الهواء البارد أو من الهواء البارد إلى الهواء الدافئ.
كما أنه سوف ينكسر. يمكنك رؤيته في يوم حار أو ليلة باردة. في يوم حار، يكون الهواء بالقرب من الأرض دافئًا.
لذا فإن الموجة الصوتية تنحني لأعلى من الهواء الدافئ إلى الهواء البارد الشكل 1.
أيضًا، في ليلة باردة، يكون الهواء بالقرب من الأرض باردًا، لذلك تنحني الموجة الصوتية إلى أسفل. هذا هو السبب في أنه يمكنك أحيانًا سماع الأصوات من مسافة بعيدة إذا كان هواء الليل باردًا الشكل 2.
اخترنا لكم الموجات الصوتية وتطبيقاتها في الزراعة
كانت هذه نظرة عامة على سرعة الصوت في الهواء الدافئ والبارد حيث يمكنك التعرف على سرعة الصوت في الهواء وكيف يصل الصوت إلى الأذن وما هي العوامل التي تؤثر على كيفية وصول الصوت إلى الأذن.