89. Швидкість поширення звука.

Прості спостереження доводять, що звук поширюється в кожному середовищі з певною швидкістю. Коли ми дивимося здалека на стріляння з рушниці, то спочатку бачимо дим і вогонь, а потім, за якийсь час, чуємо звук пострілу. Дим появляється тоді ж, коли відбулося перше звукове коливання. Вимірявши час (t секунд) відтоді, коли виник звук (момент, коли з'явився дим), і доти, коли він доходить до вуха, і знаючи віддаль (s метрів) між нами й джерелом звука, можемо легко визначити швидкість поширення звукових хвиль або, як скорочено кажуть, швидкість звука м/сек). Тоді виміри показують, що швидкість звука в повітрі при 0° і нормальному атмосферному тискові дорівнює 332 м/сек.

Перші визначення швидкості звука в повітрі дав Мерсен 1640 року.

Коли температура повітря підвищується, то й швидкість звука зростає. Наприклад, при 15° швидкість дорівнює 342 м/сек. В інших газах швидкість звука інша, ніж у повітрі. Що легший газ, то швидкість звука в ньому більша. У водні вона дорівнює 1265 м/сек при 0°. У вуглекислому газі, як важчому газі, швидкість звука менша : при 0° вона дорівнює 260 м/сек. Швидкість звука в воді в 4¹/₂ рази більша, ніж у повітрі. Уперше її визначили 1827 року Коладон і Штурм на Женевському озері. Один із спостерігачів опускав із свого човна в воду дзвона, ударяв по ньому під водою й одночасно запалював порох на човні. Другий спостерігач у другому пункті, віддаль до якого була точно виміряна, бачив спочатку спалах пороху, а потім чув через слухову трубу, спущену в воду, звук дзвона. Обидва моменти часу він відзначав секундоміром. Швидкість звука потім обчислювали так само, як і при визначенні її в повітрі. Виявилося, що швидкість звука в воді дорівнює 1450 м/сек.

Швидкість звука в твердих тілах можна визначити з допомогою довгих труб водопроводу. На одному кінці труби добувають звук, сильно вдаряючи чим-небудь по трубі. Звукові хвилі підуть частково повітрям усередині труби, а частково самою трубою. На другому кінці спостерігач почує два звуки: спочатку приходить звукова хвиля по трубі, а потім через повітря. Знаючи час між приходом обох хвиль, довжину труби й швидкість звука в повітрі, легко можемо обчислити швидкість поширення звука по трубі. Такими спостереженнями визначено, що швидкість звука в чавуні в 10¹/₂ раз більша ніж у повітрі.

Швидкість звука в різних середовищах.

Повітря (при 0°)	332 м/сек
Залізо	4900 м/сек
Водень (при 0°)	1265 м/сек
Скло	5600 м/сек
Вуглекислий газ (при 0°)	260 м/сек
Ялинове дерево	4800 м/сек
Вода	1450 м/сек
Корок	430 — 530 м/сек
Мідь	3800 м/сек
Каучук	50 м/сек

Швидкість звука залежить від властивостей середовища, де він поширюється, але не залежить від властивостей самого звука. В даному середовищі всі звуки поширюються з однаковою швидкістю.

Пружні середовища краще проводять звук, і швидкість звука в них більша.

Швидкість звука в середовищі збільшується при збільшенні його пружності і зменшенні його густини.

Запитання та вправи.

1. Чи можуть у повітрі утворюватися поперечні хвилі ?

2. Як можна визначити швидкість звука у повітрі?

3. Як визначають швидкість звуку у воді ?

4. Під час грози ми завжди бачимо спочатку блискавку, а потім уже чуємо грім. Між блискавкою та громом минуло 8 секунд. На якій віддалі від нас відбувся електричний розряд блискавки ?

5. Коли поїзд іще далеко від нас, ми не чуємо його стуку. Коли ж прикласти вухо до рейок, то стук поїзда виразно чути. Поясніть, через що це так.

6. Швидкість звуку у повітрі при різних температурах обчислюють з формули м/сек, де а = 0,00367 — коефіцієнт розширення газів. При якій температурі t швидкість звуку у повітрі буде вдвоє більша, ніж при 0° ?

7. По одному кінні чавунної труби, завдовжки l= 931 м, ударили мо­лотком. На другому кінці було чути два удари через 2,5 секунди один після одного. Визначити швидкість звука в чавуні.