Kuinka kosteus vaikuttaa äänen nopeuteen?

Jos olet koskaan katsellut salaman välkkymistä yötaivaalla ja laskenut sitten kuinka monta sekuntia se kesti jotta ukkonen tavoittaa korvasi, tiedät jo, että valo kulkee paljon nopeammin kuin ääni. Se ei tarkoita, että ääni ei myöskään edetä hitaasti; huoneen lämpötilassa ääniaalto kulkee yli 300 metriä sekunnissa (yli 1000 jalkaa sekunnissa). Äänen nopeus ilmassa vaihtelee useiden tekijöiden mukaan, mukaan lukien kosteus.

Kuvittele ilmamolekyyli, joka hoitaa avaruutta ja törmää naapuriinsa niin, että ne pomppivat toisistaan ​​kuin pari kumipalloa. Toinen molekyyli ryntää nyt, kunnes se törmää toiseen ja niin edelleen. Kukin näistä törmäyksistä siirtää energiaa ensimmäisestä molekyylistä toiseen. Näin ääniaallot kulkevat: ilmamolekyylit pakotetaan liikkeelle häiriöillä, kuten äänijohtojen tärinä kurkussa, ja törmäykset siirtävät energian ensimmäisestä ilmamolekyylisarjasta naapureilleen ja niin edelleen ulospäin. Viime kädessä aalto siirtää energiaa, mutta ei ainetta, mikä tarkoittaa, että häiriö kulkee pikemminkin kuin itse ilmamolekyylit.

instagram story viewer

Kun puhut äänen nopeudesta, puhut kuinka paljon aikaa kuluu ääniaallon tai häiriön siirtymiseen paikasta, josta se alkoi korvaan. Ääniaallon nopeuden määrää väliaine tai materiaali, jonka läpi aalto kulkee; sama aalto menee nopeammin heliumissa kuin esimerkiksi ilmassa. Jokaisella materiaalilla on kaksi ominaisuutta, jotka määrittävät kuinka nopeasti se siirtää äänen: sen tiheys ja jäykkyys tai kimmokerroin.

Ilman "jäykkyys" tai sen kimmomoduuli ei muutu kosteuden mukana. Tiheys kuitenkin tekee. Kosteuden kasvaessa myös vesimolekyylien ilmamolekyylien prosenttiosuus kasvaa. Vesimolekyylit ovat paljon vähemmän massiivisia kuin happi-, typpi- tai hiilidioksidimolekyylit, joten sitä suurempi on vesihöyrystä muodostuva ilman osa, sitä vähemmän massaa tilavuusyksikköä kohti ja sitä vähemmän tiheää ilmaa tulee. Pienempi tiheys tarkoittaa nopeampaa ääniaaltomatkaa, joten ääniaallot kulkevat nopeammin korkeassa kosteudessa. Nopeuden kasvu on kuitenkin hyvin pieni, joten voit jättää sen huomiotta useimmissa jokapäiväisissä tarkoituksissa. Esimerkiksi huoneenlämmössä merenpinnan tasolla ääni kulkee noin 0,35 prosenttia nopeammin 100 prosentin kosteudessa (erittäin kostea ilma) kuin 0 prosentin kosteudessa (täysin kuiva ilma).

Kosteuden vaikutus äänen nopeuteen on hieman suurempi alhaisemmissa ilmanpaineissa, kuten suurella korkeudella. Esimerkiksi äänen nopeuden ero on noin 6000 metriä (20000 jalkaa) merenpinnan yläpuolella huoneenlämmössä kuivaa ilmaa 0 prosentin kosteudessa ja sama ilma 100 prosentin kosteudessa on noin 0,7 prosenttia. Lämpötilan nousu suurentaa myös kosteuden vaikutusta äänen nopeuteen ilmassa, vaikka taas nousu on suhteellisen vaatimaton.

Teachs.ru
  • Jaa
instagram viewer