أمثلة على حساب سرعة الصوت
جد سرعة الصوت في درجة حرارة 3 درجة مئوية
الحل: تكون سرعة الصوت في درجة حرارة 3م تبعاً لمعادلة سرعة الصوت كالآتي:
331. 6 × 3 = 333. 2 م/ث
جد سرعة الصوت في درجة حرارة 38 درجة مئوية
الحل: تكون سرعة الصوت عندما يكون في درجة حرارة للهواء 38م على حسب قانون سرعة الصوت كالآتي:_
331. 6 × 38 = 354. 2 م/ث
جد درجة حرارة الهواء عند صدور الصوت بتردد 15000 وطول موجي 0. 023 هيرتز
الحل: لحساب درجة حرارة الهواء من خلال تردد صدور الصوت الذي يكون 15000 هيرتز و 0. 023 متر وهو قياس الطول الموجي للصوت. نقوم بتطبيق قانون سرعة الموجة حتى نحصل على النتيجة كالآتي:_
نجد أولاً سرعة الصوت
15000 × 0. 023 = 345 م/ث
لتكون سرعة الصوت 345 م/ث
نجد درجة الحرارة
تكون المعادلة الأصلية كالآتي:
سرعة الصوت 345 م/ث = 331. 6 × درجة الحرارة. لذا عندما تكون درجة الحرارة هي المراد معرفتها نقوم بعدة خطوات وهي:_
نقوم بطرح العامل الثابت وهو 331. 4 من سرعة الضوء وهي 345 ليكون الناتج 13. 6 ليكون شكل المعتدلة الجديد هو:_
13. 6 = 0. 6 × درجة الحرارة
نقوم بقسمة المعادلة بطرفيها على 0. 6 لنجد درجة الحرارة وتكون 22.
قانون سرعة الصوت
لماذا تكون سرعة الصوت في المواد الصلبة اكبر من سرعته في المواد السائلة وسرعة الصوت في المواد السائلة اكبر من سرعته في الهواء؟ ينتقل الصوت في صورة موجة طولية (الموجة الطولية هي الموجة التي يكون فيها حركة جزئيات الوسط في نفس اتجاه انتشار موجة الصوت) والموجة الصوتية عبارة عن اضطراب في جزئيات الوسط الذي ينقل الصوت، وينتقل هذا الاضطراب بين جزيئات الوسط من خلال تأثير الجزئيات على بعضه البعض حيث يصدم الجزيء الأول الجزيء الذي يليه وهذا الأخير بدوره يصدم الذي يليه وهكذا. اعلانات جوجل المسافة بين الجزئيات مهمة جدا حيث تحدد سرعة تبادل التصادمات بين الجزيئات، ففي المواد الصلبة تكون هذه الجزئيات متراصة بجانب بعضها البعض في مسافات اقل من المسافات الموجودة في جزيئات المواد السائلة واقل بكثير منها في الغازات. ولهذا نجد أن سرعة تبادل التصادمات بين جزئيات المواد الصلبة أسرع بكثير منها في المواد السائلة والغازية. ولذلك فان سرعة انتشار الصوت في المواد الصلبة يكون أسرع ما يمكن. وتجدر الإشارة إلى أن ما سبق يمكن شرحه من خلال الاعتماد على ثابت المرونة للمادة ، حيث تعبر المرونة عن قوة الترابط بين جزئيات المادة.
ما هي سرعة الصوت في الهواء - ملزمتي
سرعة الصوت هي المسافة المقطوعة لكل وحدة زمنية بواسطة موجة صوتية أثناء انتشارها عبر وسيط مرن. عند 20 درجة مئوية (68 درجة فهرنهايت) ، تبلغ سرعة الصوت في الهواء حوالي 343 مترًا في الثانية (1،235 كم / ساعة ؛ 1،125 قدمًا / ثانية ؛ 767 ميلًا في الساعة ؛ 667 كيلوطن) ، أو كيلومتر في 2. 9 ثانية أو ميل في 4. 7 ثانية. يعتمد ذلك بشدة على درجة الحرارة ، ولكنه يختلف أيضًا بعدة أمتار في الثانية ، اعتمادًا على الغازات الموجودة في الوسط الذي تنتشر من خلاله الموجة الصوتية. تعتمد سرعة الصوت في الغاز المثالي فقط على درجة حرارته وتكوينه. تعتمد السرعة بشكل ضعيف على التردد والضغط في الهواء العادي ، مما ينحرف قليلاً عن السلوك المثالي. في الكلام اليومي المعتاد ، تشير سرعة الصوت إلى سرعة موجات الصوت في الهواء. ومع ذلك ، تختلف سرعة الصوت من مادة إلى أخرى: ينتقل الصوت ببطء أكبر في الغازات ؛ يسافر بشكل أسرع في السوائل ؛ وأسرع لا يزال في المواد الصلبة. على سبيل المثال ، (كما هو مذكور أعلاه) ، ينتقل الصوت بسرعة 343 م / ث في الهواء ؛ تنتقل بسرعة 1،481 م / ث في الماء (حوالي 4. 3 أضعاف سرعة الهواء) ؛ وفي 5120 م / ث في الحديد (حوالي 15 مرة أسرع من الهواء).
تجربة سرعة الصوت باستخدام الاعمدة الهوائية
هذه الطريقة تنطبق أيضاً على الموجات الصوتية، لكن حتى يكون الأمر واضحاً تماماً لا بد من التحدث عن خاصيتين مهمتين من خصائص الموجات ، وهاتين الخاصيتين هما الطول الموجي والتردد. [٥]
بدايةً الطول الموجي هو المسافة بين أي نقطتين متماثلتين على الموجة متتاليتين، مثل أن نقول المسافة بين قمتين متتاليتين أو قاعين متتاليين، حيث إن هذه المسافة هي الطول الموجي، والطول الموجي مقاس بوحدات الطول، فلو كنا نتحدث عن الطول الموجي بالنظام العالمي للوحدات فإن الوحدة المستخدمة سوف تكون المتر. تجدر الإشارة إلى أن طول موجي كامل هو موجة كاملة. بينما التردد هو عدد الموجات التي تعبر نقطةً ما في وحدة الزمن، والتردد يكافئ مقلوب الزمن، وهو يقاس بوحدة 1/ث أو ما يسمى الهيرتز. بما أن الطول الموجي مسافة، والتردد هو مقلوب الزمن، فإنه عند ضرب هاتين الكميتين ببعضهما البعض سوف نحصل على سرعة الموجة (لأننا حصلنا على مسافة مقسومةً على زمن، وهذا هو تعريف السرعة)، ويمكن كتابة هذا رياضياً كالآتي:
ع = λ × ت د
حيث إن (ع) هي سرعة الموجة، (λ) هي الطول الموجي، و(ت د) هو تردد هذه الموجة. [٥]
ويمكن حساب سرعة الصوت عن طريق الاعتماد على معادلة نيوتن-لابلاس (بالإنجليزية: Newton-Laplace equation) والتي تخبرنا بأنه بقسمة معامل الحجم (بالإنجليزية: Bulk Modulus) على كثافة الوسط فإننا سوف نحصل على مربع سرعة الصوت في هذا الوسط، وتعطى معادلة نيوتن-لابلاس كالآتي:
ع 2 = م ح /ρ
حيث إن (ع 2) هي سرعة الصوت في الوسط، و(م ح) هي معامل الحجم، و(ρ) هي كثافة الوسط.
كما قلنا سابقاً تتناسب سرعة الصوت في أي نوع غاز طردياً مع الجذر التربيعي لدرجة حرارة هذا الغاز وقمنا بتوضيح مقدار الزيادة في سرعة الضوء عند ارتفاع الحرارة لدرجة مئوية. وتكون المعادلة العامة للغاز كالآتي: pv = nRt
أما في حالة إن كان الغاز مثاليًا تكون كالآتي:
Pv = m / M R T
N = m/ M
وذلك لأن P = m / V R T / M
P =? RT/ M عدد المولات = n
P =? RT / M العامل الثابت للغاز = R
C =? (? P/? ) درجة الحرارة المطلقة = T
C =? (? RT/M) كتلة الغاز = m
C = K? T الوزن الجزئي = M
مع العلم بأن كل من ( M, R, ؟) تعتبر ثوابت في المعادلات. سرعة الصوت في الهواء الساخن والبارد
تكون سرعة الصوت في الهواء الساخن أكبر منها في الهواء البارد وذلك لأن جزيئات الهواء تتحرك بشكل أسرع. وبالتالي يمكن أن تنتقل اهتزازات الموجة الصوتية بشكل أسرع هذا يعني أنه عندما ينتقل الصوت من الهواء الساخن إلى الهواء البارد أو من الهواء البارد إلى الهواء الساخن فإنه سينكسر يمكنك ملاحظة ذلك في يوم حار أو ليلة باردة. في يوم حار يكون الهواء القريب من الأرض ساخنًا، لذا تنحني الموجة الصوتية لأعلى من الهواء الساخن إلى الهواء البارد شكل 1. في ليلة باردة يكون الهواء بالقرب من الأرض باردًا، وبالتالي تنحني الموجة الصوتية إلى أسفل هذا هو السبب في أنه يمكنك أحيانًا سماع الأصوات من مسافة بعيدة إذا كان هواء الليل باردًا شكل 2.
سرعة الصوت في الهواء الساخن والبارد، يختلف الصوت وسرعته على حسب التأثيرات التي يتعرض لها منذ خروجه من الاهتزازات الخارجة من الجزيئات الموجودة بالمادة عبر انتقاله من خلال الهواء والأجسام حتى يصل إلى الأذن. وتختلف سرعة الضوء عند مرورها بالهواء عن مرورها بالمواد الصلبة وعن مرور بالهيليوم. علم الصوت
يعتبر الصوت عبارة عن موجات طولية وعرضية، وتكون هذه الموجات بمثابة حامل للطاقة الناتجة من اضطرابات داخلية لشيء ما بشرط أن يكون اتجاهها عمودياً بنفس الاتجاه الذي يقوم بنقل الطاقة. وقد تم تسمية العلم الخاص بدراسة الصوت وكيف صدر ومن أين على وما الذي يؤثر به بنفس اسمه حيث سُمي "علم الصوت" وقد تشعب علم الصوت ودخل في عدة علوم أخرى مثل:
الدراسة الخاصة بالآلات الموسيقية. علم أعماق البحار. الحد من الضوضاء. علم الكب في مجال دراسة الموجات فوق الصوتية. كيف يصل الصوت إلى الأذن؟
للصوت تعريف آخر حيث يعتبر هو اهتزاز الموجات في كل زمان ومكان حيث تهتز تلك الموجات تصاعدياً وتنازلياً لفترة زمنية معينة وذلك عند انتقالها عبر عدة وسائط مثل الماء أو الهواء أو عبر الأجسام الصلبة حتى يصل إلى طبلة الأذن. فتقوم تلك الموجات بعمل اهتزازات بها لترسل إشارات للدماغ فيقوم الدماغ بترجمتها إلى أصوات.