Aká je rýchlosť zvuku a ako ju našli?

Po mnoho rokov sa filozofi pýtali: 'ak padne strom v lese a nikto ho nepočuje, vydáva zvuk?' Vedci odpovedali na túto otázku a pokračovali v zisťovaní, ako rýchlo sa zvuk šíril. Vypočítať túto rýchlosť nebolo také jednoduché, ako sa zdalo. Na rozdiel od rýchlosti svetla nie je rýchlosť zvuku konštantná a rýchlosť zvuku sa mení podľa rôznych premenných. Vedci vydržali a dnes už pochopili, ako zvuk funguje, či už je to hlas sopránu alebo strom rútiaci sa k zemi.

čo je zvuk?

Zvuk je energia vytvorená vibráciami. Keď predmety vibrujú, spôsobujú, že častice okolo nich vibrujú, čo následne spôsobuje, že vibruje viac častíc. Toto je zvuková vlna. Napríklad, ak strom spadne na zem, vibrácie spôsobené jeho pristátím vytvoria zvukovú vlnu. Zvukové vlny pokračujú, kým sa im neminie energia, a ak sú v dosahu vlny uši, je ich skutočne počuť.

ako vyrobiť dinosaura v malej alchýmii

Aká je rýchlosť zvuku?

Keď hovoríme o rýchlosti zvuku, väčšina ľudí hovorí o rýchlosti zvukových vĺn, ktoré sa šíria vzduchom. Pri teplote 68 stupňov Fahrenheita v suchom prostredí je rýchlosť zvuku okolo 767 míľ za hodinu. Rýchlosť sa mení pri rôznych teplotách a mení sa aj v závislosti od plynov prítomných vo vzduchu.

Zákon strún

V 6. storočí pred Kristom filozof, matematik a hráč na lýru Pytagoras trávil čas skúmaním spôsobu, akým zvuk funguje. Legenda hovorí, že jeho práca na zvuku bola inšpirovaná tým, že videl spôsob, akým rôzne veľké kladivá vytvárali rôzne tóny v kováčskej dielni. Je pravdepodobnejšie, že experimentovanie s dĺžkou strún jeho lýry inšpirovalo jeho objav, že frekvencia je nepriamo úmerná dĺžke strún. Je známy ako prvý zákon strún a je jedným z prvých zaznamenaných diel o zvukových vlnách.

Sir Isaac Newton

Sir Isaac Newton bol prvý, kto zverejnil rýchlosť zvuku. Newton stojaci na kolonáde v Trinity College tlieskal rukami a meral, ako dlho trvalo, kým sa mu zvuk vrátil do uší. Bez moderných meracích zariadení sa pri meraní času spoliehal na kyvadlo. Jeho údaj publikovaný v Principia Mathematica sa znížil o približne 15 percent. Vzorec, ktorý vyvinul Newton, vylepšil Pierre-Simon Laplace a je známy ako Newton-Laplaceova rovnica.

Meranie rýchlosti zvuku pomocou výstrelov

Začiatkom 18. storočia uskutočnil reverend William Durham experimenty na meranie rýchlosti zvuku. Kým stál vo veži s ďalekohľadom, asistenti strieľali zo zbraní na množstvo miestnych pamiatok. Durham pozoroval záblesk výstrelu a pomocou kyvadla zmeral, ako dlho trvalo, kým počul zvuk. Keďže vedel o príslušných vzdialenostiach, rýchlosť zvuku sa dala vypočítať a považuje sa za najskorší primerane presný odhad.

Meranie rýchlosti zvuku pomocou Kundtovej trubice

August Kundt vynašiel Kundtovu trubicu v roku 1866. Prístroj pozostáva z priehľadnej trubice, ktorá obsahuje malé množstvo jemného prášku. Keď sa na jednom konci trubice vytvorí zvuk, práškom sa pohybujú zvukové vlny. Usadzuje sa v rovnako vzdialených intervaloch v trubici v závislosti od vlnovej dĺžky. Meranie vzdialenosti medzi hromadami prášku umožňuje vypočítať rýchlosť zvuku. Naplnenie Kundtovej trubice rôznymi plynmi umožňuje meranie rýchlosti zvuku v rôznych médiách.

Meranie rýchlosti zvuku pomocou mikrofónov

Najjednoduchší spôsob merania rýchlosti zvuku je dnes pomocou dvoch mikrofónov. Základná koncepcia je rovnaká ako u brokovníc Durham, no stopky a rýchle záznamové zariadenia umožňujú kratšiu vzdialenosť medzi zdrojom zvuku a meracím zariadením. Zvuk môže byť aj jemnejší ako výstrel z brokovnice.

Účinky nadmorskej výšky

Najväčší vplyv na rýchlosť zvuku má teplota. V akomkoľvek ideálnom plyne s konštantným zložením závisí rýchlosť zvuku výlučne od teploty. Zvuk sa spomaľuje, keď teploty klesajú, čo znamená, že zvukové vlny sa vo vyšších nadmorských výškach pohybujú pomalšie. To je dôvod, prečo sa všeobecná rýchlosť zvuku meria na hladine mora a je založená na konkrétnej teplote.

viktoriánsky steampunk steampunk dekor

Zvuk v rôznych látkach

Pretože zvuk vzniká vibráciou častíc, na jeho pohyb je potrebné médium. To znamená, že vo vákuu nie je žiadny zvuk, ale tiež to znamená, že zvuk sa môže pohybovať aj cez iné látky ako vzduch. V skutočnosti sa zvuk pohybuje najpomalšie cez plyny. Vo vode sa pohybuje viac ako štyrikrát rýchlejšie a cez železo 15-krát rýchlejšie.

Prelomenie zvukovej bariéry

Hoci prví leteckí inžinieri verili, že rýchlosť zvuku je prekážkou, ktorú nemožno prekonať, predmety vyrobené človekom ju prvýkrát prelomili pred storočiami. Praskanie, ktoré zaznie z biča, je zvukový tresk a dokonca aj rané guľky sa pohybovali rýchlejšie ako rýchlosť zvuku. Chuck Yaeger sa stal prvým človekom, ktorý letel rýchlejšie ako zvuk vo vodorovnom lete v roku 1947. V roku 2012 sa Felix Baumgartner stal prvým človekom, ktorý cestoval rýchlejšie ako zvuk bez vozidla, keď zoskočil padákom z výšky 120 000 stôp.