Hogyan befolyásolja a páratartalom a hangsebességet?

Ha valaha is figyelted a villámlást az éjszakai égbolton, majd megszámoltad, hány másodpercbe telt hogy a mennydörgés elérje a fülét, már tudja, hogy a fény sokkal gyorsabban halad, mint hang. Ez nem azt jelenti, hogy a hang is lassan halad; szobahőmérsékleten egy hanghullám 300 m / s sebességgel halad (másodpercenként több mint 1000 láb). A levegőben lévő hangsebesség több tényezőtől függ, beleértve a páratartalmat is.

Képzeljen el egy levegőmolekulát, amely az űrben ápolva ütközik egy szomszédba, és úgy pattan le egymásról, mint egy gumilabda. A második molekula most rohan le, amíg össze nem ütközik egy másikkal és így tovább. Ezen ütközések mindegyike energiát visz át az első molekulából a másodikba. A hanghullámok így haladnak: a légmolekulákat olyan zavar kényszeríti mozgásra, mint a hangszalagok rezgése a torkodban, és az ütközések átadják ezt az energiát az első légmolekulacsoportból a szomszédaiknak stb kifelé. Végső soron a hullám energiát ad át, de nem anyagot, vagyis inkább a zavaró anyag halad, mintsem maguk a légmolekulák.

instagram story viewer

Amikor a hangsebességről beszél, akkor arról beszél, hogy mennyi időbe telik, amíg a hanghullám vagy zavar eljut a helyétől, ahol a füléhez vezetett. A hanghullám sebességét az a közeg vagy anyag határozza meg, amelyen keresztül a hullám halad; ugyanaz a hullám gyorsabban halad a héliumban, mint például a levegőben. Minden anyagnak két olyan tulajdonsága van, amelyek meghatározzák, hogy milyen gyorsan továbbítja a hangot: sűrűsége és merevsége vagy rugalmassági modulusa.

A levegő "merevsége" vagy annak rugalmassági modulusa nem változik a páratartalom függvényében. A sűrűség azonban igen. A páratartalom növekedésével a légmolekulák százalékos aránya is növekszik. A vízmolekulák sokkal kevésbé masszívak, mint az oxigén-, nitrogén- vagy szén-dioxid-molekulák, és annál nagyobbak a levegő azon része, amely vízgőzből áll, annál kisebb a térfogategységre eső tömeg és annál kevésbé sűrű a levegő válik. Az alacsonyabb sűrűség gyorsabb hanghullám-utazást jelent, így a hanghullámok gyorsabban haladnak magas páratartalom mellett. A sebesség növekedése azonban nagyon kicsi, ezért a legtöbb mindennapi cél érdekében figyelmen kívül hagyhatja. A szobahőmérsékletű, tengerszint feletti levegőben például a hang körülbelül 0,35 százalékkal gyorsabban halad 100 százalékos páratartalom mellett (nagyon nedves levegő), mint 0 százalékos páratartalom mellett (teljesen száraz levegő).

A páratartalom hatása a hangsebességre valamivel nagyobb alacsonyabb légnyomásnál, mint amilyeneket nagy magasságban tapasztal. Például a tengerszint felett, mintegy 6000 méterrel (20 000 láb) a hangsebesség közötti különbség szobahőmérsékleten száraz levegő 0% páratartalom mellett és ugyanez a levegő 100% páratartalom mellett kb. 0,7 százalék. A növekvő hőmérséklet emeli a páratartalom hatását a levegő hangsebességére is, bár a növekedés ismét viszonylag szerény.

Teachs.ru
  • Ossza meg
instagram viewer