Kā mitrums ietekmē skaņas ātrumu?

Ja esat kādreiz skatījies, kā nakts debesīs mirgo zibens, un pēc tam esat saskaitījis, cik sekundes tas prasīja lai pērkons sasniegtu jūsu ausis, jūs jau zināt, ka gaisma pārvietojas daudz ātrāk nekā skaņu. Tas nenozīmē, ka arī skaņa pārvietojas lēni; istabas temperatūrā skaņas vilnis pārvietojas ar ātrumu virs 300 metriem sekundē (vairāk nekā 1000 pēdas sekundē). Skaņas ātrums gaisā mainās atkarībā no vairākiem faktoriem, ieskaitot mitrumu.

Iedomājieties, kā gaisa molekula rūpējas visā kosmosā un ietriecas kaimiņā tā, lai tie atlecētu viens no otra kā gumijas bumbiņu pāri. Otrā molekula tagad steidzas nost, līdz saduras ar citu utt. Katra no šīm sadursmēm pārnes enerģiju no pirmās molekulas uz otro. Tā pārvietojas skaņas viļņi: gaisa molekulas tiek piespiestas kustībā ar tādu traucējumu kā balss saišu vibrācija kaklā, un sadursmes pārnes šo enerģiju no pirmā gaisa molekulu komplekta uz viņu kaimiņiem utt uz āru. Galu galā vilnis pārnes enerģiju, bet ne vielu, tas nozīmē, ka ceļo nevis traucējošās, bet pašas gaisa molekulas.

Runājot par skaņas ātrumu, jūs runājat par to, cik daudz laika prasa skaņas viļņa vai traucējumu aiziešana no vietas, kur tas sākās, līdz ausij. Skaņas viļņa ātrumu nosaka vide vai materiāls, pa kuru viļņi pārvietojas; tas pats vilnis hēlijā iet ātrāk, nekā, piemēram, gaisā. Katram materiālam ir divas īpašības, kas nosaka, cik ātri tas pārraida skaņu: tā blīvums un stingrība vai elastības modulis.

Gaisa "stingrība" vai tā elastības modulis nemainās ar mitrumu. Blīvums tomēr ir. Palielinoties mitrumam, palielinās arī gaisa molekulu procentuālais daudzums, kas ir ūdens molekulas. Ūdens molekulas ir daudz mazāk masīvas nekā skābekļa, slāpekļa vai oglekļa dioksīda molekulas, tāpēc jo lielāka ir gaisa daļa, ko veido ūdens tvaiki, jo mazāka masa uz tilpuma vienību un mazāk blīvs gaiss kļūst. Zemāks blīvums izpaužas kā ātrāks skaņas viļņu ceļojums, tāpēc skaņas viļņi pārvietojas ātrāk pie augsta mitruma. Ātruma pieaugums tomēr ir ļoti mazs, tāpēc ikdienas vajadzībām jūs to varat neņemt vērā. Piemēram, istabas temperatūrā gaisa līmenī jūras līmenī skaņa 100% mitrumā (ļoti mitrā gaisā) pārvietojas par aptuveni 0,35 procentiem ātrāk nekā 0 procentu mitrumā (pilnīgi sausā gaisā).

Mitruma ietekme uz skaņas ātrumu ir nedaudz lielāka pie zemāka gaisa spiediena, piemēram, tiem, kurus piedzīvojat lielā augstumā. Piemēram, aptuveni 6000 metru (20 000 pēdu) virs jūras līmeņa starpība starp skaņas ātrumu istabas temperatūrā sauss gaiss ar 0 procentu mitrumu un tas pats gaiss ar 100 procentu mitrumu ir aptuveni 0,7 procenti. Temperatūras paaugstināšanās palielina arī mitruma ietekmi uz skaņas ātrumu gaisā, lai gan atkal pieaugums ir samērā neliels.

  • Dalīties
instagram viewer