Швидкість звуку і світла у вакуумі, воді, повітрі

Зміст:

1. Чому дорівнює швидкість світла
2. Що швидше - швидкість світла або швидкість звуку?
3. Яка швидкість звуку в повітрі
4. Швидкість звуку в вакуумі
5. Швидкість звуку в воді
6. Швидкість поширення звуку

На таких елементарних і фундаментальних постійних як звукова та світлова швидкість тримається наш всесвіт, це аксіоми в світі фізики. Ясна річ, що всі ми замислювалися над питанням - від чого ж залежать ці швидкості? Коли ми спостерігаємо блискавку, то спочатку бачимо світло, а потім до нас долинає гуркіт. Чому так відбувається і від чого залежить час, який проходить від спалаху до грому? Насправді все дуже просто і легко пояснюється, потрібно просто згадати деякі основні положення зі шкільного курсу фізики, вони все розставлять на свої місця, ну майже все ... Але про все по порядку ...

Чому дорівнює швидкість світла

Світло поширюється зі швидкістю - 299 792 458 м / с, в більш звичному нам кілометровому еквіваленті це 1 079 252 848,8 км / год, але для простоти оперування цю складну цифру прийнято округляти і вважати, що швидкість світла становить 300 тисяч км / с . Швидкість світла - максимальна величина поширення чого-небудь в нашій всесвіту. Але найцікавіше в усьому цьому те, що вона абсолютно не залежить від швидкості руху джерела, що випромінює її.  Як же йдуть справи в нашому світі? Різниця швидкостей кинутого тіла і об`єкта, з якого його кинули може збільшуватися або зменшуватися, залежно від того, в яку швидкість був здійснений кидок. Давайте розглянемо приклад: ви їдете на автомобілі, швидкість якого складає 100 км на годину і кидаєте камінь по ходу руху (приймемо швидкість запущеного каменю в 10 км / год), для стороннього спостерігача, який стоїть на узбіччі, камінь буде летіти вже зі швидкістю - 110 км / год. В даному випадку швидкість кидка і автомобіля підсумовуються. Але це не стосується швидкості світла. В яку б сторону не летів джерело, світло буде поширюватися з однаковою швидкістю, він не прискориться і не сповільниться. В цьому і полягає парадокс. Принаймні так думали раніше, але як же йдуть справи зараз? Про це трохи пізніше ...

Що швидше - швидкість світла або швидкість звуку?

Вченим відомо, що швидкість світла приблизно в мільйон разів більше звуковий швидкості. Але швидкість звуку може змінюватися. Середнє її значення становить 1450 м / с. Швидкість просування звуку залежить від типу середовища, вода це чи повітря, від температури і навіть тиску. Виходить, що точного значення швидкості звуку не існує, є лише приблизна величина в звичній для нас середовищі - повітрі. Відносно швидкості світла досі ведуться цілі серії експериментів передових науковців з усієї планети.

Яка швидкість звуку в повітрі

Визначити швидкість звуку в повітрі в перший раз вдалося в 1636 році вченому з Франції М. Мерсенна. Температура навколишнього середовища була 20 ° С і при такому показнику звук летів зі швидкістю 343 м / с, в кілометрах - 1235 км / год. Швидкість звуку безпосередньо залежить від температури навколишнього середовища в якій він поширюється: якщо температура газу зростає, звук теж починає рухатися швидше, відповідно, навпаки, чим нижче температура повітря, тим повільніше поширюється звук.

Наприклад, при нульовій температурі звук передається вже на швидкості 331 м / с. Також швидкість звуку залежить і від типу газу. Чим більше діаметр молекул з яких складається газ, тим повільніше рухається звук. Наприклад, при нульовій температурі, в водні швидкість звуку складе 1284 м / с, гелії - 965 м / с. Помітна різниця.

Швидкість звуку в вакуумі

Звук за своєю суттю - це коливання молекул по ходу поширення. Зрозуміло, що для того щоб звук міг якось передаватися, потрібне середовище з молекул, які будуть коливатися. У вакуумі ж немає ніякої матерії, тому звук там проходити не може. Але за результатами останніх досліджень, стало ясно, що звук може подолати прошарок з вакууму, товщиною менше мікрона. Дане явище назвали - "вакуумне туннелирование фононів", Інформацію по ньому з`явилася одночасно в двох статтях, які з`явилися в друкованому виданні "Physical Review Letters". Слід пам`ятати, що коливання молекул кристалічної решітки переносять не один звук, а й теплову енергію, отже, через вакуум можна передавати і тепло.

Швидкість звуку в воді

Зазвичай, швидкість звуку в рідинах, в тому числі воді, більше ніж в газоподібному середовищі. Перший вимір такій швидкості в воді справили в 1826 р вчені Ж Колладон і Я. Штурм. Експеримент проходив у Швейцарії, а саме на одному з озер. Послідовність дій, по якій проходило вимір, була такою:

1. На човні, яка стояла на якорі, підпалювали пакет з порохом і в той же час били в підводний дзвін;
2. На відстані в 14 кілометрів стояла друга, спостережна човен, крім спалаху пороху, яку було видно з далека, на човні вловлювали і звук дзвону за допомогою підводного рупора;
3. Саме за різницею часу між спалахом і приходом звукової хвилі вдалося обчислити швидкість звуку. Тоді вода мала температуру в 8 ° С і швидкість звуку склала 1440 м / с.

Також варто приділити увагу наступним статтям:

• Максимальна швидкість черепахи
• Найшвидша птах в світі: три визнаних лідера

Між двома різними середовищами звукова хвиля поводиться цікаво. Одна її частина заходить в інше середовище, друга просто відбивається. Якщо звук потрапляє з повітря в рідину, то 99,9% його відбивається, але тиск в тій частці звуку що все-таки проходить в воду в два рази зростає. Саме цим і користуються риби. Якщо біля води кричати і шуміти, хвостаті мешканці глибин швидко підуть куди подалі.

Швидкість поширення звуку

Навіть світло, так само як звук і електромагнітні коливання може змінювати свою швидкість в різних фізичних середовищах. Новітні дослідження в цій області, довели теоретичну можливість запустити тіло швидше за світло. Справа в тому, що в деяких газах швидкість фотонів (частинки з яких складається світ) помітно сповільнюються. Ясна річ, що побачити таке явище неозброєним оком не вийде, але в точній науці, такий як фізика, це має величезне значення. Так ось, вчені довели, що, якщо пропустити світло через газ, його швидкість знизиться на стільки, що швидко запущене тіло зможе рухатися швидше фотонів.

Обговорюйте питання поширення звуку в різних середовищах коментарях. Дивіться відео, де докладно пояснює аспекти швидкості звуку "на пальцях"