سرعت صدا چقدر است و چگونه آن را پیدا کردند؟

فیلسوفان سال‌ها می‌پرسیدند: 'اگر درختی در جنگل بیفتد و کسی برای شنیدن آن نباشد، آیا صدا می‌دهد؟' دانشمندان به این سوال پاسخ دادند و به سرعت پیمودن این صدا ادامه دادند. محاسبه این سرعت آنقدرها هم که به نظر می رسید ساده نبود. برخلاف سرعت نور، سرعت صوت ثابت نیست و متغیرهای مختلف سرعت حرکت آن را تغییر می دهند. دانشمندان پشتکار داشتند و اکنون درک می کنند که صدا چگونه کار می کند، چه صدای یک سوپرانو باشد یا یک درخت که به زمین برخورد می کند.

صدا چیست؟

صدا انرژی است که توسط ارتعاشات ایجاد می شود. هنگامی که اجسام ارتعاش می کنند، باعث ارتعاش ذرات اطراف خود می شوند که به نوبه خود باعث ارتعاش ذرات بیشتر می شود. این یک موج صوتی است. به عنوان مثال، اگر درختی به زمین بیفتد، ارتعاشات ناشی از فرود آن باعث ایجاد موج صوتی می شود. امواج صوتی تا زمانی که انرژی آنها تمام شود ادامه می یابد و اگر گوش هایی در محدوده موج وجود داشته باشد، در واقع می توان آن را شنید.

تقلب های gta v برای xbox 360

سرعت صدا چقدر است؟

وقتی صحبت از سرعت صوت می شود، بیشتر مردم به سرعت حرکت امواج صوتی در هوا اشاره می کنند. در دمای 68 درجه فارنهایت، در یک محیط خشک، سرعت صوت حدود 767 مایل در ساعت است. سرعت در دماهای مختلف تغییر می کند و همچنین بسته به گازهای موجود در هوا متغیر است.

قانون ریسمان

در قرن ششم قبل از میلاد، فیلسوف، ریاضیدان و نوازنده غناء، فیثاغورث، زمانی را صرف تحقیق در مورد نحوه عملکرد صدا کرد. افسانه ها حاکی از آن است که کار او بر روی صدا از دیدن روشی الهام گرفته شده از چکش هایی با اندازه های مختلف که صداهای متفاوتی را در یک مغازه آهنگری ایجاد می کنند. به احتمال زیاد آزمایش با طول سیم های غناب او الهام بخش کشف او شده است که فرکانس با طول سیم نسبت معکوس دارد. این قانون به عنوان اولین قانون رشته ها شناخته می شود و از اولین آثار ثبت شده در مورد امواج صوتی است.

سر آیزاک نیوتن

اسحاق نیوتن اولین کسی بود که سرعتی برای صدا منتشر کرد. نیوتن که در یک ستون در کالج ترینیتی ایستاده بود، دستانش را کف زد و اندازه گرفت که چقدر طول می کشد تا صدا به گوشش بازگردد. بدون تجهیزات اندازه گیری مدرن، او برای اندازه گیری زمان به یک آونگ تکیه کرد. رقم او که در Principia Mathematica منتشر شد، حدود 15 درصد کاهش داشت. فرمولی که نیوتن توسعه داده است توسط پیر-سیمون لاپلاس بهبود یافته است و به عنوان معادله نیوتن-لاپلاس شناخته می شود.

اندازه گیری سرعت صدا با شلیک گلوله

در اوایل دهه 1700، کشیش ویلیام دورهام آزمایشاتی را برای اندازه گیری سرعت صوت انجام داد. در حالی که او در یک برج با تلسکوپ ایستاده بود، دستیاران با اسلحه به تعدادی از مکان های دیدنی محلی شلیک کردند. دورهام فلاش گلوله را مشاهده کرد و از یک آونگ برای اندازه‌گیری مدت زمانی که برای شنیدن صدا طول کشید استفاده کرد. همانطور که او فواصل مربوطه را می دانست، سرعت صوت را می توان محاسبه کرد و به عنوان اولین تخمین منطقی دقیق در نظر گرفته می شود.

اندازه گیری سرعت صدا با لوله Kundt

آگوست کوندت لوله کوندت را در سال 1866 اختراع کرد. این دستگاه از یک لوله شفاف تشکیل شده است که حاوی مقدار کمی پودر ریز است. هنگامی که صدایی در یک انتهای لوله ایجاد می شود، پودر توسط امواج صوتی به حرکت در می آید. بسته به طول موج در فواصل مساوی در لوله ته نشین می شود. اندازه گیری فاصله بین توده های پودر امکان محاسبه سرعت صوت را فراهم می کند. پر کردن لوله کوند با گازهای مختلف باعث می شود سرعت صوت در محیط های مختلف اندازه گیری شود.

اندازه گیری سرعت صدا با میکروفون

ساده ترین راه برای اندازه گیری سرعت صوت امروزه استفاده از دو میکروفون است. مفهوم اولیه مانند تفنگ های ساچمه ای دورهام است، اما کرونومترها و دستگاه های ضبط سریع، فاصله کمتری بین منبع صدا و دستگاه اندازه گیری را فراهم می کنند. صدا همچنین می تواند ملایم تر از انفجار تفنگ ساچمه ای باشد.

اثرات ارتفاع

دما بیشترین تأثیر را روی سرعت صوت دارد. در هر گاز ایده آل معین، با ترکیب ثابت، سرعت صوت تنها به دما بستگی دارد. با کاهش دما، صدا کند می شود، به این معنی که امواج صوتی در ارتفاعات بالاتر آهسته تر حرکت می کنند. به همین دلیل است که سرعت کلی صوت در سطح دریا اندازه گیری می شود و بر اساس دمای خاصی است.

نحوه رشد نیش گربه

صدا در مواد مختلف

از آنجایی که صدا در اثر ارتعاش ذرات ایجاد می‌شود، برای حرکت به وسیله‌ای نیاز دارد. این به این معنی است که هیچ صدایی در خلاء وجود ندارد، بلکه به این معنی است که صدا می تواند در موادی غیر از هوا حرکت کند. در واقع صدا در گازها به کندی حرکت می کند. بیش از چهار برابر سریعتر در آب و 15 برابر سریعتر از طریق آهن حرکت می کند.

شکستن دیوار صوتی

اگرچه مهندسان اولیه هوانوردی بر این باور بودند که سرعت صوت مانعی است که غلبه بر آن غیرممکن است، اشیاء ساخته دست بشر برای اولین بار قرن ها پیش آن را شکستند. صدایی که از شلاق گاو نر شنیده می‌شود، یک انفجار صوتی است و حتی گلوله‌های اولیه سریع‌تر از سرعت صوت حرکت می‌کنند. چاک یگر اولین فردی بود که در سال 1947 در یک پرواز همسطح سریعتر از صدا پرواز کرد. در سال 2012، فلیکس باومگارتنر اولین فردی بود که با چتر نجات از ارتفاع 120000 پا، بدون وسیله نقلیه سریعتر از صدا پرواز کرد.