Mikä on äänen nopeus ja miten he löysivät sen?

Monien vuosien ajan filosofit kysyivät: 'Jos puu kaatuu metsässä eikä kukaan ole paikalla kuulemassa, pitääkö siitä ääntä?' Tiedemiehet vastasivat tähän kysymykseen ja selvittivät, kuinka nopeasti ääni eteni. Nopeuden laskeminen ei ollut niin yksinkertaista kuin miltä näytti. Toisin kuin valon nopeus, äänen nopeus ei ole vakio, ja eri muuttujat muuttavat sen kulkunopeutta. Tiedemiehet pysyivät sinnikkäänä ja ymmärtävät nyt, kuinka ääni toimii, olipa kyseessä sitten sopraanon ääni tai maahan törmäävä puu.

Mikä on ääni?

Ääni on värähtelyjen synnyttämää energiaa. Kun esineet tärisevät, ne saavat ympärillään olevat hiukkaset värähtelemään, mikä puolestaan ​​saa lisää hiukkasia värähtelemään. Tämä on ääniaalto. Esimerkiksi jos puu putoaa maahan, sen laskeutumisesta aiheutuva värähtely synnyttää ääniaallon. Ääniaallot jatkuvat, kunnes niiden energia loppuu, ja jos aallon alueella on korvat, se voidaan todellakin kuulla.

Helikopteri huijaus gta 5 ps4

Mikä on äänen nopeus?

Puhuessaan äänen nopeudesta useimmat ihmiset viittaavat ääniaaltojen ilmassa kulkeutumiseen. 68 Fahrenheit-asteen lämpötilassa kuivassa ympäristössä äänen nopeus on noin 767 mailia tunnissa. Nopeus vaihtelee eri lämpötiloissa ja vaihtelee myös riippuen ilmassa olevista kaasuista.

Kielten laki

600-luvulla eaa. filosofi, matemaatikko ja lyyransoittaja Pythagoras vietti aikaa tutkiakseen äänen toimintaa. Legendan mukaan hänen äänityönsä sai inspiraationsa siitä, kuinka erikokoiset vasarat loivat erilaisia ​​ääniä seppäpajassa. On todennäköisempää, että hänen lyyran kielten pituuden kokeileminen inspiroi hänen havaintoonsa, että taajuus on kääntäen verrannollinen kielen pituuteen. Se tunnetaan ensimmäisenä kielten lakina, ja se on yksi ensimmäisistä ääniaaltoja käsittelevistä teoksista.

Sir Isaac Newton

Sir Isaac Newton julkaisi ensimmäisenä äänen nopeuden. Seisoi pylväikkössä Trinity Collegessa, Newton taputti käsiään ja mittasi kuinka kauan kesti, että ääni kaikui takaisin hänen korviinsa. Ilman nykyaikaisia ​​mittauslaitteita hän luotti ajan mittaamiseen heiluriin. Hänen Principia Mathematicassa julkaistu luku laski noin 15 prosenttia. Newtonin kehittämää kaavaa paransi Pierre-Simon Laplace, ja se tunnetaan nimellä Newton-Laplace -yhtälö.

Äänennopeuden mittaaminen laukauksilla

1700-luvun alussa pastori William Durham suoritti kokeita äänen nopeuden mittaamiseksi. Kun hän seisoi tornissa kaukoputken kanssa, avustajat ampuivat aseita useisiin paikallisiin maamerkkeihin. Durham tarkkaili laukauksen välähdystä ja mittasi heilurilla kuinka kauan kului ennen kuin hän kuuli äänen. Koska hän tiesi mukana olevat etäisyydet, äänen nopeus voitiin laskea, ja sitä pidetään aikaisimpana kohtuullisen tarkana arviona.

Äänennopeuden mittaaminen Kundtin putkella

August Kundt keksi Kundtin putken vuonna 1866. Laite koostuu läpinäkyvästä putkesta, joka sisältää pienen määrän hienoa jauhetta. Kun putken toiseen päähän syntyy ääni, ääniaallot liikuttavat jauhetta. Se asettuu putkeen tasaisin välein aallonpituudesta riippuen. Jauhepinojen välisen etäisyyden mittaaminen mahdollistaa äänen nopeuden laskemisen. Kundtin putken täyttäminen eri kaasuilla mahdollistaa äänen nopeuden mittaamisen eri väliaineissa.

Äänennopeuden mittaaminen mikrofoneilla

Yksinkertaisin tapa mitata äänen nopeus nykyään on käyttää kahta mikrofonia. Peruskonsepti on sama kuin Durhamin haulikoissa, mutta sekuntikellot ja nopeat tallennuslaitteet mahdollistavat lyhyemmän etäisyyden äänilähteen ja mittauslaitteen välillä. Ääni voi olla myös pehmeämpi kuin haulikon räjähdys.

Korkeuden vaikutukset

Lämpötila vaikuttaa eniten äänen nopeuteen. Missä tahansa ideaalisessa kaasussa, jonka koostumus on vakio, äänen nopeus riippuu yksinomaan lämpötilasta. Ääni hidastuu, kun lämpötila laskee, mikä tarkoittaa, että ääniaallot liikkuvat hitaammin korkeammissa korkeuksissa. Tästä syystä yleinen äänennopeus mitataan merenpinnan tasolla ja perustuu tiettyyn lämpötilaan.

metallitaiteen ideoita

Äänet eri aineissa

Koska ääni syntyy hiukkasten värähtelyn vaikutuksesta, sen läpikulku vaatii väliaineen. Tämä tarkoittaa, että tyhjiössä ei ole ääntä, mutta se tarkoittaa myös sitä, että ääni voi liikkua muiden aineiden kuin ilman läpi. Itse asiassa ääni liikkuu hitain kaasujen läpi. Se liikkuu yli neljä kertaa nopeammin vedessä ja 15 kertaa nopeammin raudan läpi.

Ääniesteen rikkominen

Vaikka varhaiset ilmailuinsinöörit uskoivat, että äänen nopeus oli este, jota olisi mahdotonta ylittää, ihmisen tekemät esineet rikkoivat sen ensimmäisen kerran vuosisatoja sitten. Häränpiiskasta kuuluva räjähdys on äänibuumi, ja varhaisetkin luodit kulkivat äänen nopeutta nopeammin. Chuck Yaegerista tuli ensimmäinen ihminen, joka lensi ääntä nopeammin vaakalennolla vuonna 1947. Vuonna 2012 Felix Baumgartnerista tuli ensimmäinen ihminen, joka lensi ääntä nopeammin ilman ajoneuvoa, kun hän hyppäsi laskuvarjolla 120 000 jalan korkeudesta.