Детская энциклопедия

Меню сайта











Как измерили скорость звука

Мысль измерить скорость звука впервые пришла английскому философу Фрэнсису Бэ­кону. По его совету этим занялся француз­ский ученый Марен Марсенн. В 1630 г. он про­вел наблюдение над выстрелом из мушкета. Расстояние между наблюдателем и мушкетом было поделено на время, прошедшее между вспышкой от выстрела и долетевшим до наблю­дателя звуком. Марсенн нашел, что скорость звука равна 230 туазам в секунду, что соответ­ствует 448 м/сек.

Спустя полвека английский ученый Исаак Ньютон вычислил скорость звука теоретически, исходя из упругих свойств воздуха и за­висимости объема газа от давления, зависимости, выраженной законом Бойля—Мариотта. Эта скорость оказалась немногим более половины скорости, полученной в опыте Марсенна. Когда теория противоречит опыту, следует искать, где же ошибка. Ее начали искать и в теорети­ческих рассуждениях Ньютона, и в опыте Марсенна.

В 1738 г. французская Академия наук по­вторила измерение скорости звука. Опыт был поставлен на холме Монмартр, близ Парижа. Было установлено, что скорость звука равна 171 туазу в секунду, что соответствует 337 м/сек. Несовпадение с опытом Марсенна объяснили тем, что его измерение времени было несовершенным. Однако и результат по­вторного опыта не соответствовал теоретиче­ской формуле Ньютона.

В 1808 г. французский ученый Пуассон выяснил, что закономерность, обнаруженная Бойлем и Мариоттом (именно она была поло­жена в основу расчетов Ньютона), неприме­нима для описания, как распространяется звук в воздухе. Этот закон справедлив лишь в том случае, когда объем газа изменяется медленно — так, что сжимаемый газ отдает среде, которая его окружает, возникающее в нем тепло; или, нао­борот, так, что медленно расширяющийся газ успевает нагреваться от окружающей среды. Следовательно, постоянство температуры воз­духа (основное условие закона Бойля—Мариот­та) может быть сохранено лишь в изотермиче­ских условиях, т. е. при свободном теплообмене между сжимаемым газом и окружающей этот газ средой.

Именно этих условий и нет в звуковой волне. Теплопроводность воздуха мала, а расстояние между слоями сжатия и разрежения велико. Избыток тепла из слоя сжатия не успевает пе­рейти в слой разрежения. Давление и объем изменяются в соседних слоях без теплообмена и, следовательно, при изменяющейся темпе­ратуре. Физические процессы, происходящие без теплообмена с окружающей средой, назы­ваются адиабатическими. В адиабатическом процессе сжимаемый газ нагревается (вспом­ните, как нагревается велосипедный насос, если очень быстро накачивать шину), а рас­ширяющийся — охлаждается.

Различие между расширениями газа в изо­термических и адиабатических условиях позво­лило французскому ученому Лапласу объяснить, почему скорость звука, вычисленная по формуле Ньютона, не совпадает с результатом опыта: колебания звукового давления в воздухе про­исходят в адиабатических, а не в изотермиче­ских условиях.

В 1822 г. близ Парижа вновь были постав­лены опыты. В них участвовали ученые: Гей-Люссак, Араго, Гумбольдт и др. Результаты опыта совпали с теоретическими вычислениями Лапласа и подтвердили, что скорость зву­ка возрастает с повышением температуры. В су­хом воздухе при 0°Ц она равна 331,5 м/сек, а при 20°Ц — 344 м/сек.

При одной и той же температуре скорость звука больше в том газе, у которого меньше молекулярный вес. При 0°Ц скорость звука:

в водороде — 1284 м/сек,

в гелии — 965 м/сек,

в азоте — 334 м/сек,

в кислороде— 316 м/сек.

В воде, упругость которой больше, чем у воз­духа, звук распространяется при 20°Ц со ско­ростью 1484 м/сек. Упругость твердых тел боль­ше, чем жидкости. В алюминии, железе, стали скорость звука равна примерно 5000 м/сек.





 
Календарь
«  Декабрь 2016  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
   1234
567891011
12131415161718
19202122232425
262728293031

Новые статьи
Каталог статей
Как подготовить ребенка к школе
Освоение навыков чтения
Природные материалы на уроках труда

Статистика




 
Адрес почты Вопросы по рекомендациям, размещению рекламы и обратных ссылок обращайтесь pochta@enciklopediya1.ru
2013 © 2016