Koks yra garso greitis ir kaip jie jį rado?

Daugelį metų filosofai klausė: „Jei medis nukrenta miške ir niekas jo negirdi, ar jis skleidžia garsą? Mokslininkai atsakė į šį klausimą ir išsiaiškino, kaip greitai sklinda tas garsas. Apskaičiuoti tą greitį nebuvo taip paprasta, kaip atrodė. Skirtingai nuo šviesos greičio, garso greitis nėra pastovus, o skirtingi kintamieji keičia jo sklidimo greitį. Mokslininkai ištvėrė ir dabar supranta, kaip veikia garsas, nesvarbu, ar tai soprano balsas, ar į žemę trenkantis medis.

Kas yra Garsas?

Garsas yra energija, kurią sukuria virpesiai. Kai objektai vibruoja, juos supančios dalelės vibruoja, o tai savo ruožtu sukelia daugiau dalelių. Tai garso banga. Pavyzdžiui, jei medis nukrenta ant žemės, jo nusileidimo sukeliamos vibracijos sukuria garso bangą. Garso bangos tęsiasi tol, kol baigiasi energija, ir jei bangos diapazone yra ausų, tai tikrai gali būti girdima.

Ar galite žaisti nintendo switch lite per televizorių

Kas yra garso greitis?

Kalbėdami apie garso greitį, dauguma žmonių turi omenyje greitį, kuriuo garso bangos sklinda oru. Esant 68 laipsnių Farenheito temperatūrai, sausoje aplinkoje, garso greitis yra apie 767 mylių per valandą. Greitis kinta esant skirtingoms temperatūroms ir taip pat skiriasi priklausomai nuo ore esančių dujų.

Stygų dėsnis

VI amžiuje prieš Kristų filosofas, matematikas ir lyrininkas Pitagoras praleido laiką tyrinėdamas, kaip veikia garsas. Legenda pasakoja, kad jo darbas su garsu buvo įkvėptas matant, kaip skirtingų dydžių plaktukai kalvystėje sukuria skirtingus tonus. Labiau tikėtina, kad eksperimentavimas su jo lyros stygų ilgiu įkvėpė jo atradimą, kad dažnis yra atvirkščiai proporcingas stygos ilgiui. Jis žinomas kaip pirmasis stygų dėsnis ir yra vienas iš pirmųjų įrašytų kūrinių apie garso bangas.

Seras Izaokas Niutonas

Seras Isaacas Newtonas pirmasis paskelbė garso greitį. Stovėdamas Trejybės koledžo kolonadoje, Niutonas plojo rankomis ir išmatavo, kiek laiko užtruko, kol garsas aidi atgal į ausis. Neturėdamas modernios matavimo įrangos, laiką matuodamas pasikliaudavo švytuokle. Jo skaičius, paskelbtas Principia Mathematica, sumažėjo maždaug 15 procentų. Niutono sukurta formulė buvo patobulinta Pierre'o-Simono Laplaso ir žinoma kaip Niutono-Laplaso lygtis.

Garso greičio matavimas šūviais

1700-ųjų pradžioje gerbiamas Williamas Durhamas atliko eksperimentus, siekdamas išmatuoti garso greitį. Kol jis stovėjo bokšte su teleskopu, padėjėjai šaudė iš ginklų į daugybę vietinių orientyrų. Durhamas stebėjo šūvio blyksnį ir švytuokle išmatavo, kiek laiko išgirdo garsą. Kadangi jis žinojo susijusius atstumus, garso greitį buvo galima apskaičiuoti ir jis laikomas ankstyviausiu pakankamai tiksliu įvertinimu.

Garso greičio matavimas Kundto vamzdžiu

Augustas Kundtas išrado Kundto vamzdelį 1866 m. Aparatą sudaro permatomas vamzdelis, kuriame yra nedidelis kiekis smulkių miltelių. Kai viename vamzdžio gale sukuriamas garsas, milteliai judinami garso bangomis. Jis nusėda vienodais intervalais vamzdyje, priklausomai nuo bangos ilgio. Išmatavus atstumą tarp miltelių krūvų, galima apskaičiuoti garso greitį. Kundto vamzdžio užpildymas skirtingomis dujomis leidžia išmatuoti garso greitį skirtingose ​​terpėse.

Garso greičio matavimas naudojant mikrofonus

Šiandien paprasčiausias būdas išmatuoti garso greitį yra naudoti du mikrofonus. Pagrindinė koncepcija yra tokia pati kaip Durhamo šautuvai, tačiau chronometrai ir greiti įrašymo įrenginiai leidžia išlaikyti trumpesnį atstumą tarp garso šaltinio ir matavimo prietaiso. Garsas taip pat gali būti švelnesnis nei šautuvo sprogimas.

Aukščio poveikis

Temperatūra turi didžiausią įtaką garso greičiui. Bet kuriose idealiose dujose, kurių sudėtis yra pastovi, garso greitis priklauso tik nuo temperatūros. Garsas sulėtėja, kai temperatūra nukrenta, o tai reiškia, kad didesniame aukštyje garso bangos juda lėčiau. Štai kodėl bendras garso greitis matuojamas jūros lygyje ir yra pagrįstas konkrečia temperatūra.

kokio dydžio buvo velociraptoriai

Garsas įvairiose medžiagose

Kadangi garsą sukuria dalelių vibracija, jam judėti reikia terpės. Tai reiškia, kad vakuume nėra garso, bet taip pat reiškia, kad garsas gali judėti per kitas medžiagas, išskyrus orą. Tiesą sakant, garsas lėčiausiai juda per dujas. Jis juda daugiau nei keturis kartus greičiau vandenyje ir 15 kartų greičiau per geležį.

Garso barjero sulaužymas

Nors ankstyvieji aeronautikos inžinieriai manė, kad garso greitis yra kliūtis, kurios bus neįmanoma peržengti, žmogaus sukurti objektai pirmą kartą jį sulaužė prieš šimtmečius. Traškėjimas, girdimas iš rykštės, yra garsinis bumas, ir net ankstyvosios kulkos skriejo greičiau nei garso greitis. Chuckas Yaegeris tapo pirmuoju žmogumi, kuris 1947 m. lygiame skrydyje skrido greičiau nei garsas. 2012 m. Felixas Baumgartneris tapo pirmuoju žmogumi, kuris be transporto priemonės skrido greičiau už garsą, kai parašiutu iššoko iš 120 000 pėdų aukščio.