Miks levib heli vees kiiremini? Heli levik ja kuuldavus vees
Heli edastamine
Ärge arvake, et heli edastatakse ainult õhu kaudu. See võib läbida ka teisi aineid – gaasilisi, vedelaid, isegi tahkeid. Heli levib vees rohkem kui neli korda kiiremini kui õhus.
Kui kahtlete, kas heli võib vee kaudu edasi kanduda, küsige töötajatelt, kes peavad külastama veealuseid ehitisi: nad kinnitavad teile, et kaldahelid on vee all selgelt kuulda.
Ja kaluritelt saate teada, et kalad paiskuvad kaldal väikseimagi kahtlase müra peale laiali.
Teadlased mõõtsid 200 aastat tagasi täpselt, kui kiiresti heli vee all levib. Seda tehti ühel Šveitsi järvel - Genfis. Kaks füüsikut istusid paati ja sõitsid üksteisest umbes kolme kilomeetri kaugusele. Ühe paadi küljes rippus vee all kelluke, mida sai pika varrega vasaraga lüüa. See käepide ühendati paadi ninale paigaldatud väikeses uhmris püssirohu süütamise seadmega: samal ajal kui kella löödi, süttis püssirohi ja kaugel ümberringi oli näha ere sähvatus. Seda sähvatust võis muidugi näha füüsik, kes istus teises paadis ja kuulas läbi vee alla lastud toru kellahäält. Heli viivituse järgi võrreldes välguga tehti kindlaks, mitu sekundit heli läbi vee ühest paadist teise jooksis. Selliste katsete abil leiti, et heli levib vees kiirusega umbes 1440 m sekundis.
Kõvad elastsed materjalid, nagu malm, puit, luud, edastavad heli veelgi paremini ja kiiremini. Pange oma kõrv pika puittala või palgi otsa ja paluge sõbral puuga vastasotsa lüüa, kuulete kogu tala pikkuses levivat löögiheli. Kui ümbrus on piisavalt vaikne ja kõrvaline müra ei sega, on läbi kiire kuulda isegi vastasotsa asetatud kella tiksumist. Heli edastatakse hästi ka läbi raudrööbaste või -talade, läbi malmtorude ja läbi pinnase. Kõrva vastu maad pannes on kuulda trampimist hobuse jalad ammu enne õhku jõudmist; ja kahuripaukude hääli kostub sel moel nii kaugetest püssidest, mille mürin üldse läbi õhu ei ulatu. Elastsed tahked materjalid edastavad heli nii hästi; pehmed koed, lahtised, mitteelastsed materjalid edastavad heli enda kaudu väga halvasti - nad “neelavad” selle. Seetõttu riputavad nad ustele paksud kardinad, kui tahavad, et heli kõrvaltuppa ei jõuaks. Vaibad, polsterdatud mööbel, kleidid mõjutavad heli sarnaselt.
See tekst on sissejuhatav fragment. Raamatust Uusim raamat faktid. 3. köide [Füüsika, keemia ja tehnoloogia. Ajalugu ja arheoloogia. Varia] autor Kondrašov Anatoli Pavlovitš Raamatust Füüsika igal sammul autor Perelman Jakov IsidorovitšHeli kiirus Kas olete kunagi näinud, kuidas metsamees eemalt puud raiub? Või ehk vaatasite eemalt puuseppa, kes lõi naelu sisse? Võib-olla olete märganud väga kummaline asi: Lööki ei teki, kui kirves põrkub vastu puud või
Raamatust Liikumine. Kuumus autor Kitaygorodsky Aleksander IsaakovitšHeli jõud Kuidas heli kaugusega nõrgeneb? Füüsik ütleb teile, et heli nõrgeneb "kauguse ruuduga pöördvõrdeliselt". See tähendab järgmist: selleks, et kellahelinat kolmekordsel kaugusel oleks kuulda sama valjult kui ühel kaugusel, peate samaaegselt
Raamatust NIKOLA TESLA. LOENGUD. ARTIKLID. autor Tesla NikolaHeli kiirus Pärast välgu sähvatamist pole vaja äikest karta. Tõenäoliselt olete sellest kuulnud. Ja miks? Fakt on see, et valgus levib võrreldamatult kiiremini kui heli, peaaegu silmapilkselt. Äike ja välk toimuvad samal hetkel, kuid me näeme välku sisse
Raamatust Noortele füüsikutele [Eksperimendid ja meelelahutus] autor Perelman Jakov IsidorovitšHelitämber Olete näinud, kuidas kitarri häälestatakse – keel tõmmatakse pulkadele. Kui on valitud keele pikkus ja pingeaste, siis annab keel puudutamisel välja täpselt määratletud tooni.Kui aga kuulate keelpilli heli erinevates kohtades puudutades -
Raamatust Mida valgus ütleb autor Suvorov Sergei GeorgijevitšHelienergia Kõik helisevat keha ümbritsevad õhuosakesed on võnkeseisundis. Nagu V peatükis teada saime, siinusseaduse järgi võnkuv materiaalne punkt on kindla ja muutumatu koguenergiaga.Kui võnkepunkt läbib positsiooni
Raamatust Kuidas mõista keerulisi füüsikaseadusi. 100 lihtsat ja lõbusat kogemust lastele ja nende vanematele autor Dmitriev Aleksander StanislavovitšHeli nõrgenemine kaugusega Helisevast instrumendist levib helilaine loomulikult igas suunas.Joonistagem mõttes kaks erineva raadiusega sfääri heliallika lähedusse. Loomulikult läbib esimest sfääri läbiv helienergia ka teist sfääri
Raamatust Interstellar: teadus kulisside taga autor Thorne Kip StephenHeli peegeldus Selles osas eeldame, et helilaine lainepikkus on piisavalt väike ja seetõttu liigub heli mööda kiiri. Mis juhtub, kui selline helivihk langeb õhust tahkele pinnale? On selge, et antud juhul on peegeldus
Autori raamatustATmosfääri OOTAMATUTE OMADUSTE AVASTAMINE - KUMMALISED KATSETUSED - ELEKTRIENERGIA ÜLEKANDMINE LÄBI ÜHTE JUHTI ILMA TAGASTAMATA - EDASK MAA LÄBI ILMA JUHTIDETA. elektrienergia
Autori raamatustELEKTRIENERGIA ÜLEKANDMINE ILMA Traadita* 1898. aasta lõpu poole viisid aastaid kestnud süstemaatilised uuringud elektrienergia loodusliku keskkonna kaudu edastamise meetodi täiustamiseks kolme olulise vajaduse mõistmiseni; Esiteks -
Autori raamatust Autori raamatustHeli edastamine raadiotoru generaatori kaudu, mille skeem on näidatud joonisel fig. 24, tekitab muutumatute parameetritega raadioemissioone. Teeme sellele väikese täienduse: ühendage see ahelaga, mis varustab pingega elektrontoru võrku induktsiooni kaudu
Autori raamatust48 Energia ülekanne läbi mateeria Katse jaoks vajame: kümmekond rubla münti. Oleme juba kohanud erinevaid laineid. Siin on veel üks vana eksperiment, mis näeb üsna naljakas välja ja näitab, kuidas laine läbib objekti.Võtke väike vahetusraha - näiteks mündid
Autori raamatust30. Sõnumite edastamine minevikku Reeglite kogum vaataja jaoks Juba enne seda, kui Christopher Nolan lavastas Interstellari ja töötas stsenaariumi ümber, rääkis tema vend Jonah mulle ulmefilmi toetavatest reeglitest nõutav tase
Autori raamatust30. peatükk. Sõnumite edastamine minevikku Selle kohta, kuidas tänapäeva füüsikud ette kujutavad neljas aegruumi dimensioonis ajas tagasi rändamist, vt raamatu "Mustad augud ja ajavoldid" [Thorne 2009] viimast peatükki.
Autori raamatust30. peatükk. Sõnumite edastamine minevikku Nii massiliselt kui ka meie braanis on positsioonid aegruumis, milles saab sõnumeid edastada ja kõike liigutada, piirab seadus, mis ütleb: miski ei saa liikuda kiiremini kui valgus . Õppima
Heli neeldub vees sadu kordi vähem kui õhus. Siiski on kuuldavus veekeskkonnas palju halvem kui atmosfääris. Seda seletatakse inimese helitaju iseärasustega. Õhus tajutakse heli kahel viisil: õhuvibratsiooni edastamine kõrvade kuulmekile (õhujuhtivus) ja nn luujuhtivus, kui helivibratsiooni tajuvad ja edastavad kuuldeaparaati kuulde luud. kolju.
Olenevalt sukeldumisvarustuse tüübist tajub sukelduja vees heli, milles on ülekaalus kas õhu- või luujuhtivus. Õhuga täidetud mahulise kiivri olemasolu võimaldab tajuda heli läbi õhujuhtivuse. Märkimisväärne helienergia kadu on aga vältimatu heli peegeldumisel kiivri pinnalt.
Ilma varustuseta või liibuva kiivriga varustuses laskumisel domineerib luu juhtivus.
Vee all heli tajumise tunnuseks on ka heliallika suuna määramise võime kaotus. See on tingitud asjaolust, et inimese elundid kuulmine on kohandatud heli levimise kiirusele õhus ja määravad heliallika suuna helisignaali saabumise aja erinevuse tõttu ja suhteline tase iga kõrva poolt tajutav helirõhk. Tänu seadmele auricleõhus olev inimene suudab isegi ühe kõrvaga kindlaks teha, kus heliallikas on - ees või taga. Vees juhtub kõik teisiti. Heli levimise kiirus vees on 4,5 korda suurem kui õhus. Seetõttu muutub iga kõrva helisignaali vastuvõtu aja erinevus nii väikeseks, et heliallika suuna määramine muutub peaaegu võimatuks.
Kui kasutate varustuse osana kõva kiivrit, on heliallika suuna määramise võimalus täielikult välistatud.
Gaaside bioloogiline mõju inimorganismile
Küsimus gaaside bioloogilisest mõjust ei tõusnud juhuslikult ja on tingitud asjaolust, et gaasivahetusprotsessid inimese hingamisel normaalsetes tingimustes ja nn hüperbaarilistes tingimustes (s.t. kõrge vererõhk) on oluliselt erinevad.
On teada, et tavaline atmosfääriõhk, mida me hingame, ei sobi kõrglendudel lenduritele hingamiseks. Samuti leiab see piiratud kasutust sukeldujate hingamisel. Üle 60 m sügavusele laskumisel asendatakse see spetsiaalsete gaasisegudega.
Vaatleme nende gaaside põhiomadusi, mida nii puhtal kujul kui ka seguna teistega kasutatakse sukeldujate hingamisel.
Õhu koostis on erinevate gaaside segu. Õhu põhikomponendid on: hapnik - 20,9%, lämmastik - 78,1%, süsinikdioksiid - 0,03%. Lisaks sisaldab õhk väikeses koguses argooni, vesinikku, heeliumi, neooni ja veeauru.
Atmosfääri moodustavad gaasid võib vastavalt nende mõjule inimkehale jagada kolme rühma: hapnik - kulub pidevalt "kõikide eluprotsesside alalhoidmiseks; lämmastik, heelium, argoon jne - ei osale gaasis vahetus; süsinikdioksiid - suurenenud kontsentratsioonides kehale kahjulikuks.
Hapnik(O2) on värvitu, maitsetu ja lõhnatu gaas tihedusega 1,43 kg/m3. Inimese kui kõiges osaleja jaoks on see ülimalt oluline oksüdatiivsed protsessid organismis. Hingamisprotsessi käigus ühineb kopsudes leiduv hapnik veres leiduva hemoglobiiniga ja jaotub kogu kehas, kus rakud ja kuded seda pidevalt tarbivad. Põhjustab tarne katkemist või isegi kudede tarnimise vähenemist hapnikunälg, millega kaasneb teadvusekaotus ja rasketel juhtudel - elutähtsa tegevuse lõpetamine. See seisund võib tekkida siis, kui sissehingatava õhu hapnikusisaldus väheneb normaalne rõhk alla 18,5%. Teisest küljest, kui hapnikusisaldus sissehingatavas segus suureneb või kui hingamine ületab lubatud piiri rõhu all, ilmneb hapnikul mürgised omadused - tekib hapnikumürgitus.
Lämmastik(N) - värvitu, lõhnatu ja maitsetu gaas tihedusega 1,25 kg/m3, on põhiosa atmosfääriõhk mahu ja massi järgi. Normaalsetes tingimustes on see füsioloogiliselt neutraalne ega osale ainevahetuses. Kui aga rõhk suureneb sukelduja sukeldumise sügavuse suurenedes, lakkab lämmastik olemast neutraalne ja 60 meetri või enama sügavusel on sellel selgelt väljendunud narkootilised omadused.
Süsinikdioksiid(CO2) on happelise maitsega värvitu gaas. See on õhust 1,5 korda raskem (tihedus 1,98 kg/m3) ja võib seetõttu koguneda suletud ja halvasti ventileeritavate ruumide alumistesse osadesse.
Süsinikdioksiid tekib kudedes kui lõpptoode oksüdatiivsed protsessid. Teatud kogus seda gaasi on kehas alati olemas ja osaleb hingamise reguleerimises ning ülejääk kantakse verega kopsudesse ja eemaldatakse väljahingatavas õhus. Inimese poolt väljapaisatud süsihappegaasi hulk sõltub peamiselt astmest kehaline aktiivsus ja keha funktsionaalne seisund. Sagedase sügava hingamise (hüperventilatsioon) korral süsihappegaasi sisaldus organismis väheneb, mis võib viia hingamisseiskumiseni (apnoe) ja isegi teadvusekaotuseni. Teisest küljest põhjustab selle sisalduse suurenemine hingamisteede segus üle lubatud taseme mürgistuse.
Teistest gaasidest, mis moodustavad õhku, kasutavad sukeldujad kõige rohkem seda heelium(Mitte). See on inertgaas, lõhnatu ja maitsetu. Madala tihedusega (umbes 0,18 kg/m3) ja oluliselt väiksema võimega tekitada narkootilist toimet, kui kõrged rõhud, kasutatakse seda laialdaselt lämmastikuasendajana kunstliku hingamise segude valmistamisel suurtesse sügavustesse laskumisel.
Heeliumi kasutamine hingamisteede segudes põhjustab aga muid soovimatuid nähtusi. Selle kõrge soojusjuhtivus ja seetõttu suurenenud soojusülekanne kehast nõuab suuremat soojuskaitset või sukeldujate aktiivset kuumutamist.
Õhurõhk. On teada, et meid ümbritsev atmosfäär on massiga ja avaldab survet Maa pinnale ja kõigile sellel asuvatele objektidele. Merepinnal mõõdetud atmosfäärirõhku tasakaalustatakse torudes ristlõikega G cm2 760 mm kõrguse elavhõbedasamba või 10,33 m kõrguse vee abil. Kui seda elavhõbedat või vett kaaluda, on nende mass 1,033 kg. See tähendab, et “normaalne atmosfäärirõhk on 1,033 kgf/cm2, mis SI-süsteemis võrdub 103,3 kPa-ga *.(* SI-süsteemis on rõhu ühikuks pascal (Pa). Kui teisendamine on vajalik, siis järgmised suhted kasutatakse: 1 kgf/cm1 = 105 Pa = 102 kPa = =* 0,1 MPa.).
Sukeldumisarvutuste praktikas on aga selliste täpsete mõõtühikute kasutamine ebamugav. Seetõttu võetakse rõhu mõõtühikuks rõhk, mis on arvuliselt võrdne 1 kgf/cm2, mida nimetatakse tehniliseks atmosfääriks (at). Üks tehniline atmosfäär vastab 10 m veesamba rõhule.
Kui õhurõhk suureneb, surutakse see kergesti kokku, vähendades selle mahtu võrdeliselt rõhuga. Suruõhu rõhku mõõdetakse manomeetritega, mis näitavad ülerõhk , st atmosfäärirõhust kõrgem rõhk. Ülerõhu mõõtühik on tähistatud ati. Liig- ja atmosfäärirõhu summat nimetatakse absoluutne rõhk(ata).
Tavalistes maistes tingimustes surub õhk inimesele ühtlaselt igast küljest peale. Arvestades, et inimkeha pind on keskmiselt 1,7-1,8 m2, on sellele mõjuv õhurõhujõud 17-18 tuhat kgf (17-18 tf). Inimene seda survet aga ei tunne, kuna tema keha koosneb 70% ulatuses praktiliselt kokkusurumatutest vedelikest ja sisemised õõnsused- kopsud, keskkõrv jne - seda tasakaalustab seal paikneva ja atmosfääriga suhtleva õhu vasturõhk.
Vette sukeldudes puutub inimene kokku tema kohal asuvast veesambast lähtuva liigsurvega, mis suureneb iga 10 m järel 1 ati võrra.Rõhu muutus võib põhjustada valulikud aistingud ja kompressioon, mille vältimiseks tuleb sukeldujat varustada hingamisõhuga, mille rõhk on võrdne keskkonna absoluutrõhuga.
Kuna sukeldujad peavad tegelema suruõhu või gaasisegudega, on asjakohane meelde tuletada põhiseadusi, mida nad järgivad, ja esitada mõned praktilisteks arvutusteks vajalikud valemid.
Õhk, nagu ka teised tõelised gaasid ja gaasisegud, järgib teatud lähendust füüsikalised seadused, kehtib absoluutselt ideaalsete gaaside puhul.
SUKKELMISVARUSTUS
Sukeldumisvarustus on seadmete ja toodete komplekt, mida sukelduja kannab, et tagada elu ja töö veekeskkonnas teatud aja jooksul.
Sukeldumisvarustus on otstarbekohane, kui see suudab pakkuda:
inimese hingamine vee all töötamisel;
isolatsioon ja soojuskaitse kokkupuute eest külm vesi;
piisav liikuvus ja stabiilne asend vee all;
ohutus sukeldumise, pinnale tõusmise ja töö ajal;
usaldusväärne ühendus pinnaga.
Sõltuvalt lahendatavatest ülesannetest jaotatakse sukeldumisvarustus:
kasutussügavuse järgi - madala (keskmise) sügavuse ja süvamere seadmete jaoks;
vastavalt hingava gaasisegu pakkumise meetodile - autonoomne ja voolik;
vastavalt termokaitse meetodile - passiivse soojuskaitsega seadmetele, elektri- ja vesiküttega;
vastavalt isolatsioonimeetodile - vee-gaasikindlate “kuiva” tüüpi ja läbilaskvate “märja” tüüpi kostüümidega seadmetele.
Enamik täisvaade sukeldumisvarustuse töö funktsionaalsed omadused on antud selle klassifikatsiooni järgi hingamiseks vajaliku koostise säilitamise meetodi järgi gaasisegu. Siin on varustus:
ventileeritud;
avatud hingamismustriga;
poolsuletud hingamismustriga;
suletud hingamismustriga.
Heli liigub läbi helilained. Need lained ei liigu mitte ainult läbi gaaside ja vedelike, vaid ka läbi tahkete ainete. Mis tahes lainete tegevus seisneb peamiselt energia ülekandes. Heli puhul toimub ülekanne minutite liigutustena molekulaarsel tasemel.
Gaasides ja vedelikes liigutab helilaine molekule oma liikumise suunas, see tähendab lainepikkuse suunas. Tahketes kehades võivad molekulide helivõnked esineda ka lainega risti olevas suunas.
Helilained levivad oma allikatest kõikides suundades, nagu on näha parempoolsel pildil, millel on kujutatud metallkella perioodiliselt keelega kokkupõrget. Need mehaanilised kokkupõrked põhjustavad kella vibratsiooni. Vibratsioonide energia kandub edasi ümbritseva õhu molekulidele ja need lükatakse kellast eemale. Selle tulemusena tõuseb kellukesega külgnevas õhukihis rõhk, mis seejärel levib lainetena allikast kõigis suundades.
Heli kiirus ei sõltu helitugevusest ega toonist. Kõik ruumis olevad raadiost kostuvad helid, olgu need valjud või pehmed, kõrged või madalad, jõuavad kuulajani korraga.
Heli kiirus sõltub keskkonna tüübist, milles see liigub, ja selle temperatuurist. Gaasides levivad helilained aeglaselt, kuna nende haruldane molekulaarstruktuur pakub vähe vastupidavust kokkusurumisele. Vedelikes heli kiirus suureneb ja tahketes ainetes veelgi kiiremaks, nagu on näidatud alloleval diagrammil meetrites sekundis (m/s).
Lainetee
Helilained levivad läbi õhu sarnaselt parempoolsetel diagrammidel näidatud viisil. Lainefrondid liiguvad allikast üksteisest teatud kaugusel, mille määrab kella vibratsiooni sagedus. Helilaine sagedus määratakse ajaühikus antud punkti läbivate lainefrontide loendamisega.
Helilaine front eemaldub vibreerivast kellast.
Ühtlaselt kuumutatud õhus liigub heli ühtlase kiirusega.
Teine rinne järgneb esimesele lainepikkusega võrdsel kaugusel.
Heli intensiivsus on suurim allika lähedal.
Nähtamatu laine graafiline esitus
Sügavuse helid
Helilainete sonarikiir läbib kergesti ookeanivett. Sonari põhimõte põhineb sellel, et helilained peegelduvad ookeani põhjast; Seda seadet kasutatakse tavaliselt veealuste maastiku omaduste määramiseks.
Elastsed tahked ained
Heli liigub puitplaadis. Enamiku tahkete ainete molekulid on elastselt seotud ruumiline võre, mis surub halvasti kokku ja samal ajal kiirendab helilainete läbimist.
Me tajume helisid nende allikatest kaugel. Tavaliselt jõuab heli meieni õhu kaudu. Õhk on elastne keskkond, mis edastab heli.
Kui heli edastuskandja eemaldatakse allika ja vastuvõtja vahelt, siis heli ei levi ja seetõttu vastuvõtja seda ei taju. Näitame seda eksperimentaalselt.
Asetame äratuskella õhupumba kella alla (joonis 80). Kuni kellas on õhku, on kella heli selgelt kuulda. Kui kella alt õhku välja pumbatakse, siis heli järk-järgult nõrgeneb ja muutub lõpuks kuuldamatuks. Ilma edastusvahendita ei saa kellaplaadi vibratsioon edasi liikuda ja heli ei jõua meie kõrva. Laseme kella alla õhku ja kuuleme uuesti helinat.
Riis. 80. Katse, mis tõestab, et heli ei levi ruumis, kus puudub materiaalne keskkond
Elastsed ained juhivad hästi helisid, näiteks metallid, puit, vedelikud ja gaasid.
Paneme selle ühte otsa puulaud taskukell, ja me ise liigume teise otsa. Pannes kõrva tahvlile, on kuulda kella tiksumist.
Seo metalllusika külge nöör. Asetage nööri ots kõrva juurde. Lusikale löömisel kuulete tugevat heli. Veelgi tugevamat heli kuuleme, kui asendame nööri traadiga.
Pehmed ja poorsed kehad on halvad helijuhid. Ruumi kaitsmiseks võõraste helide eest on seinad, põrand ja lagi kaetud helisummutavate materjalide kihtidega. Vahekihtidena kasutatakse vilti, presskorki, poorseid kive ja mitmesuguseid vahtpolümeeridest valmistatud sünteetilisi materjale (näiteks vahtpolüstüreen). Heli sellistes kihtides kaob kiiresti.
Vedelikud juhivad heli hästi. Näiteks kalad kuulevad hästi kaldal samme ja hääli, seda teavad kogenud kalamehed.
Niisiis, heli levib mis tahes elastses keskkonnas - tahkes, vedelas ja gaasilises, kuid ei saa levida ruumis, kus ainet pole.
Allika võnkumised tekitavad oma keskkonnas elastse helisageduslaine. Kõrva jõudev laine mõjutab kuulmekile, pannes selle vibreerima heliallika sagedusele vastava sagedusega. Kuulmekile värisemine kandub ossikulaarse süsteemi kaudu otstesse kuulmisnärv, ärritavad neid ja tekitavad seeläbi helitunde.
Tuletage meelde, et gaasides ja vedelikes võivad esineda ainult pikisuunalised elastsed lained. Näiteks õhus olev heli edastatakse pikisuunaliste lainete kaudu, st heliallikast tuleva õhu vahelduvate kondenseerumiste ja harulduste kaudu.
Helilaine, nagu kõik teised mehaanilised lained, ei levi ruumis koheselt, vaid teatud kiirusega. Saate selles veenduda näiteks kaugelt tulistamist jälgides. Esmalt näeme tuld ja suitsu ning siis mõne aja pärast kuuleme lasku. Suits ilmub samal ajal, kui tekib esimene helivibratsioon. Mõõtes ajavahemikku t heli tekkimise hetkest (hetk, mil suits ilmub) ja hetkeni, mil see jõuab kõrva, saame määrata heli levimise kiiruse:
Mõõtmised näitavad, et heli kiirus õhus temperatuuril 0 °C ja normaalne atmosfääri rõhk võrdne 332 m/s.
Mida kõrgem on temperatuur, seda suurem on heli kiirus gaasides. Näiteks 20 °C juures on heli kiirus õhus 343 m/s, 60 °C juures - 366 m/s, 100 °C juures - 387 m/s. Seda seletatakse asjaoluga, et temperatuuri tõustes suureneb gaaside elastsus ja mida suuremad on elastsusjõud, mis tekivad keskkonnas selle deformeerumisel, seda suurem on osakeste liikuvus ja seda kiiremini kanduvad vibratsioonid ühest punktist edasi. teine.
Heli kiirus sõltub ka keskkonna omadustest, milles heli levib. Näiteks 0 °C juures on heli kiirus vesinikus 1284 m/s ja kell süsinikdioksiid- 259 m/s, kuna vesiniku molekulid on vähem massiivsed ja vähem inertsed.
Tänapäeval saab heli kiirust mõõta igas keskkonnas.
Molekulid vedelikes ja tahked ained paiknevad üksteisele lähemal ja interakteeruvad tugevamalt kui gaasimolekulid. Seetõttu on heli kiirus vedelas ja tahkes keskkonnas suurem kui gaasilises keskkonnas.
Kuna heli on laine, saate heli kiiruse määramiseks kasutada lisaks valemile V = s / t teile teadaolevaid valemeid: V = λ / T ja V = vλ. Ülesannete lahendamisel peetakse tavaliselt heli kiiruseks õhus 340 m/s.
Küsimused
- Mis on joonisel 80 kujutatud katse eesmärk? Kirjeldage, kuidas seda katset läbi viiakse ja millised järeldused sellest järeldub.
- Kas heli võib liikuda gaasides, vedelikes ja tahketes ainetes? Toetage oma vastuseid näidetega.
- Millised kehad juhivad heli paremini – elastsed või poorsed? Too näiteid elastsetest ja poorsetest kehadest.
- Milline laine – piki- või põikisuunaline – heli õhus levib? vees?
- Too näide, mis näitab, et helilaine ei liigu hetkega, vaid teatud kiirusega.
Harjutus 30
- Kas Kuul võib kuulda tohutu plahvatuse heli Maal? Põhjenda oma vastust.
- Kui siduda mõlemasse niidiotsa üks pool seebialusest, siis saab sellist telefoni kasutades erinevates ruumides viibides isegi sosinal rääkida. Selgitage nähtust.
- Määrake heli kiirus vees, kui 0,002 s perioodiga võnkuv allikas ergastab vees laineid pikkusega 2,9 m.
- Määrake sagedusega 725 Hz helilaine lainepikkus õhus, vees ja klaasis.
- Pika ühes otsas metallist toru löö korra haamriga. Kas löögist tulenev heli levib läbi metalli toru teise otsa; läbi toru sees oleva õhu? Mitu lööki kuuleb toru teises otsas seisev inimene?
- Vaatleja, kes seisab sirgjoone lähedal raudtee, nägi auru kaugusesse sõitva auruveduri vile kohal. 2 sekundit pärast auru tekkimist kuulis ta vilet ja 34 sekundi pärast möödus vedur vaatlejast. Määrake veduri kiirus.
Heli on üks meie elu komponente ja inimesed kuulevad seda kõikjal. Selle nähtuse üksikasjalikumaks käsitlemiseks peame kõigepealt mõistma kontseptsiooni ennast. Selleks tuleb pöörduda entsüklopeedia poole, kus on kirjas, et "heli on elastsed lained, mis levivad mingis elastses keskkonnas ja tekitavad selles mehaanilisi vibratsioone." Rääkides rohkem lihtsas keeles- Need on kuuldavad vibratsioonid igas keskkonnas. Heli peamised omadused sõltuvad sellest, mis see on. Esiteks erineb levimiskiirus näiteks vees teistest keskkondadest.
Igal helianaloogil on teatud omadused (füüsilised omadused) ja omadused (nende omaduste peegeldus inimese aistingutes). Näiteks kestus-kestvus, sagedus-kõrgus, kompositsioon-tämber jne.
Heli kiirus vees on palju suurem kui näiteks õhus. Järelikult levib see kiiremini ja on kuulda palju kaugemale. See juhtub suure molekulaartiheduse tõttu veekeskkond. See on 800 korda tihedam kui õhk ja teras. Sellest järeldub, et heli levik sõltub suuresti keskkonnast. Vaatame konkreetseid numbreid. Seega on heli kiirus vees 1430 m/s, õhus - 331,5 m/s.
Madala sagedusega heli, näiteks töötava laevamootori tekitatud müra, kostub alati mõnevõrra varem, kui laev nägemisulatusse paistab. Selle kiirus sõltub mitmest asjast. Kui vee temperatuur tõuseb, siis loomulikult suureneb heli kiirus vees. Sama juhtub vee soolsuse ja rõhu suurenemisega, mis suureneb vee sügavuse suurenedes. Sellisel nähtusel nagu termokliinid võivad kiirusel olla eriline roll. Need on kohad, kus nad kohtuvad erinevad temperatuurid veekihid.
Ka sellistes kohtades on see erinev (erinevuse tõttu temperatuuri tingimused). Ja kui helilained läbivad selliseid erineva tihedusega kihte, kaotavad nad suurema osa oma tugevusest. Kui helilaine tabab termokliini, peegeldub see osaliselt või mõnikord täielikult (peegelduse aste sõltub heli langemise nurgast), misjärel tekib selle koha teisele küljele varjutsoon. Kui võtta arvesse näidet, kui heliallikas asub veekogus termokliinist kõrgemal, siis selle all pole mitte ainult raske, vaid peaaegu võimatu midagi kuulda.
Need, mis eralduvad pinnast kõrgemale, ei ole kunagi vees endas kuulda. Ja veekihi all olles juhtub vastupidi: selle kohal ei kosta. Selle ilmekaks näiteks on kaasaegsed sukeldujad. Nende kuulmine on oluliselt vähenenud, kuna vesi mõjutab neid suur kiirus heli vees vähendab selle liikumise suuna määramise kvaliteeti. See tuhmistab stereofoonilist heli tajumise võimet.
Veekihi all satub inimkõrva kõige rohkem luude kaudu kolju pead, ja mitte nagu atmosfääris, läbi kuulmekile. Selle protsessi tulemuseks on selle tajumine mõlema kõrva poolt korraga. Praegusel ajal ei suuda inimese aju eristada kohti, kust signaalid tulevad ja millise intensiivsusega. Tulemuseks on teadvuse tekkimine, et heli tundub korraga igast küljest sisse veerevat, kuigi see pole kaugeltki nii.
Lisaks ülalkirjeldatule on helilainetel vees sellised omadused nagu neeldumine, lahknemine ja dispersioon. Esimene on see, kui heli tugevus soolases vees järk-järgult hääbub veekeskkonna ja selles sisalduvate soolade hõõrdumise tõttu. Lahknevus avaldub heli kauguses selle allikast. Tundub, et see lahustub ruumis nagu valgus ja selle tulemusena väheneb selle intensiivsus oluliselt. Ja kõikvõimalike takistuste ja keskkonna ebahomogeensuse tõttu hajumisel kaovad võnked täielikult.