Schallgeschwindigkeit

Sicherlich haben Sie schon oft gesehen, dass bei einem Sturm das erste Licht ist, das der Blitz ist, und dann der Ton kommt. Dies liegt an der Schallgeschwindigkeit. Wissenschaftler haben die maximale Geschwindigkeit ermittelt, mit der sich Schall durch die Luft ausbreiten kann. In der Physik ist dies ziemlich wichtig. Mehr zu diesem Phänomen erfahren Sie im Artikel über Alles, was Sie über Blitze wissen müssen.

Aus diesem Grund möchten wir Ihnen in diesem Artikel alles Wissenswerte über die Schallgeschwindigkeit und ihre Ausbreitung erzählen.

Schallgeschwindigkeit

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Schallwelle hängt von den Eigenschaften des Mediums ab, in dem sie sich ausbreitet, und nicht von den Eigenschaften der Welle oder der Kraft, die sie erzeugt. Diese Ausbreitungsgeschwindigkeit von Schallwellen wird auch Schallgeschwindigkeit genannt. In der Erdatmosphäre die Temperatur beträgt 20 °C, das sind 343 Meter pro Sekunde. Die Schallgeschwindigkeit variiert mit dem Ausbreitungsmedium und die Art und Weise, wie sie sich im Medium ausbreitet, hilft, bestimmte Eigenschaften des Übertragungsmediums besser zu verstehen. Wenn sich die Temperatur des Ausbreitungsmediums ändert, ändert sich auch die Schallgeschwindigkeit. Dies liegt daran, dass eine Temperaturerhöhung zu einer Erhöhung der Häufigkeit von Wechselwirkungen zwischen schwingungstragenden Teilchen führt, was zu einer Erhöhung der Wellengeschwindigkeit führt.

Im Allgemeinen ist die Schallgeschwindigkeit in Feststoffen höher als in Flüssigkeiten und die Schallgeschwindigkeit in Flüssigkeiten ist höher als in Gasen. Denn je fester die Materie ist, desto stärker ist der Zusammenhalt der Atombindungen, was die Ausbreitung von Schallwellen begünstigt. Wenn Sie mehr zu diesem Thema erfahren möchten, lesen Sie unseren Artikel über die Schallmauer.

Die Schallausbreitungsgeschwindigkeit hängt hauptsächlich von der Elastizität des Mediums ab, das ihn ausbreitet. Elastizität bezieht sich auf die Fähigkeit, seine ursprüngliche Form wiederherzustellen.

Was ist Klang?

Schall ist eine Druckwelle, die sich durch Kompression und Depression durch die Luft ausbreiten kann. Der Klang, den wir um uns herum wahrnehmen, ist nichts anderes als Energie, die durch Schwingungen erzeugt wird, die sich durch die Luft oder ein anderes Medium ausbreiten, die empfangen und gehört werden können, wenn sie das menschliche Ohr erreichen. Wir wissen, dass sich Schall in Form von Wellen ausbreitet.

Wellen sind Schwingungsstörungen im Medium, die Energie von einem Punkt zum anderen übertragen, ohne dass zwischen diesen beiden Punkten ein direkter Kontakt besteht. Man kann sagen, dass die Welle durch die Schwingung der Teilchen des Mediums entsteht, durch das sie hindurchgeht, also durch den Ausbreitungsprozess, der der Längsverschiebung (in Ausbreitungsrichtung) der Luftmoleküle entspricht. Der Bereich mit großer Verschiebung erscheint in dem Bereich, in dem die Amplitude der Druckänderung Null ist und umgekehrt.

Der Ton in einem Lautsprecher

Luft in einer Röhre mit einem Lautsprecher an einem Ende und geschlossen am anderen Ende vibriert in Form von Wellen. In Längsrichtung statisch. Eigene Schwingungsformen von Rohren mit diesen Eigenschaften. Es entspricht einer Sinuswelle, deren Wellenlänge so ist, dass es einen Punkt der Amplitude Null gibt. Der Auslassknoten am Ende des Lautsprechers und das geschlossene Ende der Röhre, da sich die Luft aufgrund des Lautsprechers bzw. der Röhrenkappe nicht frei bewegen kann. In diesen Knoten haben wir eine maximale Variation des Drucks, einen Schwingungsbauch oder Bauch, der stehenden Welle.

Schallgeschwindigkeit in verschiedenen Medien

Die Schallgeschwindigkeit variiert je nach Medium, in dem sich die Schallwelle bewegt. Es ändert sich auch mit der Umgebungstemperatur. Dies liegt daran, dass eine Erhöhung der Temperatur eine Erhöhung der Frequenz der Wechselwirkungen zwischen schwingungstragenden Teilchen bewirkt und eine Erhöhung dieser Aktivität die Geschwindigkeit erhöht. Dieses Phänomen steht in direktem Zusammenhang mit der Schallausbreitung im Raum.

Im Schnee kann Schall zum Beispiel weite Strecken zurücklegen. Dies ist auf die Brechung unter Schnee zurückzuführen, der kein homogenes Medium ist. Jede Schneeschicht hat eine andere Temperatur. Die tiefsten Stellen, die die Sonne nicht erreichen kann, sind kälter als die Oberfläche. In diesen kühleren bodennahen Schichten ist die Schallausbreitungsgeschwindigkeit geringer.

Generell ist die Schallgeschwindigkeit bei Festkörpern größer als bei Flüssigkeiten und bei Flüssigkeiten größer als bei Gasen. Denn je höher der Zusammenhalt der atomaren oder molekularen Bindungen ist, desto stärker ist die Substanz. Die Schallgeschwindigkeit in Luft (bei einer Temperatur von 20 ° C) beträgt 343,2 m / s.

Sehen wir uns die Schallgeschwindigkeit in einigen Medien an:

• In Luft, bei 0 ° C, breitet sich Schall mit einer Geschwindigkeit von 331 m / s aus (für jedes Grad Celsius steigt die Temperatur, die Schallgeschwindigkeit erhöht sich um 0,6 m / s).
• Im Wasser (bei 25°C) sind es 1593 m/s.
• In Geweben sind es 1540 m / s.
• In Holz sind es 3700 m / s.
• In Beton sind es 4000 m / s.
• In Stahl sind es 6100 m / s.
• Bei Aluminium sind es 6400 m/s.
• Bei Cadmium sind es 12400 m/s.

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Druckwelle ist bei der Untersuchung des Resonanzphänomens im Kommutator eines Hubkolbenmotors sehr wichtig und hängt von den Eigenschaften der Umgebung ab. Bei Gasen beispielsweise hängen das verdampfte Gemisch im Ansaugkrümmer oder die verbrannten Gase im Abgaskrümmer von ihrer Dichte und ihrem Druck ab. Es besteht eine wichtige Beziehung zwischen der Schallgeschwindigkeit und der Druckgradient.

Arten von sich ausbreitenden Wellen

Es gibt zwei Arten von Wellen: Longitudinalwellen und Transversalwellen.

• Längswelle: Welle, bei der die Teilchen eines Mediums in der gleichen Richtung wie die Welle von einer Seite zur anderen schwingen. Das Medium kann fest, flüssig oder gasförmig sein. Schallwellen sind daher Longitudinalwellen.
• Transversalwelle: Eine Welle, bei der die Teilchen im Medium "rechtwinklig" zur Bewegungsrichtung der Welle auf und ab schwingen. Diese Wellen treten nur in Festkörpern und Flüssigkeiten auf, nicht in Gasen.

Aber denken Sie daran, dass sich Wellen in alle Richtungen ausbreiten, daher ist es einfacher, sich vorzustellen, dass sie eine Kugel durchdringen.

Ich hoffe, dass Sie mit diesen Informationen mehr über die Schallgeschwindigkeit und ihre Eigenschaften erfahren können.