تختلف سرعة الصوت في الهواء الساخن والبارد، وتتأثر سرعته بالتأثيرات التي يتعرض لها بعد الخروج من الاهتزازات الناتجة عن الجزيئات الموجودة في المادة، وأثناء انتقاله عبر الهواء والأجسام حتى يصل إلى الأذن.
تختلف سرعة الضوء عندما يمر في الهواء عندما يمر في المواد الصلبة وعندما يمر في الهيليوم، لذلك سنشرح سرعة الصوت في الهواء الساخن والهواء البارد من خلال موقع المقال.
علم الصوت
الصوت يتألف من موجات طولية وعرضية، وهذه الموجات تعمل كوسيلة لنقل الطاقة المتولدة من اضطرابات داخلية في شيء ما، بشرط أن تكون موجاتها عمودية على اتجاه نقل الطاقة.
تم تسمية العلم الذي يدرس الصوت وكيفية خروجه ومصدره وتأثيره بنفس اسمه.
حيث يعرف بعلم الصوت وقد تشعب إلى عدة علوم أخرى مثل:
- الدراسة الخاصة بالآلات الموسيقية.
- علم أعماق البحار.
- الحد من الضوضاء.
- علم الاهتزازات الفوق صوتية في مجال الدراسة.
شاهد أيضًا: سرعة الضوء التقريبية
كيف يصل الصوت إلى الأذن؟
توجد تعريفات أخرى للصوت، حيث يعتبر اهتزاز الموجات في كل زمان ومكان، حيث تتحرك هذه الموجات صعودا وهبوطا على مدار فترة زمنية محددة.
عندما ينتقل عبر وسائط مثل الماء أو الهواء أو الأجسام الصلبة، حتى يصل إلى طبلة الأذن.
تقوم تلك الموجات بتوليد اهتزازات، وترسل إشارات إلى الدماغ، فيقوم الدماغ بتفسيرها كأصوات.
سرعة الصوت في الهواء
ينتقل الصوت في الغازات الموجودة في الهواء عن طريق اصطدام الجزيئات الموجودة في الغازات ببعضها البعض.
نظرا لتواجد أنواع متعددة من الغازات، قام العلماء بإقرار ما يعرف بالثابت المعين الذي يستخدم للتعبير عن كل نوع من هذه الغازات.
يتم قياسه بالوحدة `متر مربع / ثانية مربعة / كلفن`، وقد تم تحديد تقدير محدد له ويكون مرتبطا بالهواء فقط، ويصل إلى 286.
المعادلات الخاصة بسرعة الصوت
قامت ناسا بوضع قانون خاص بسرعة الصوت وهو:
سرعة الصوت في الهواء = جذر تربيعي لكل من (ثابت الاعتلاج × ثابت الغاز × درجة الحرارة المطلقة).
حدد العلماء ثابت الانتشار الحراري للهواء في درجة حرارة مثالية بمعدل 1.4.
تم قياس درجة الحرارة المطلقة باستخدام وحدة الكلفن.
يمكن حساب الحرارة المئوية بإضافة 273.15 إلى الدرجات المئوية.
يتم قياس الصوت في الهواء في درجات حرارة منخفضة وصلت إلى صفر مئوية 332 متر في الثانية على النحو التالي:
سرعة الصوت في الهواء = 331.4 + 0.6 × درجة حرارة الهواء (تقاس بوحدة السيلسيوس).
قياس سرعة تردد الصوت من خلال معرفة تردد الموجة وطولها كالآتي:
سرعة الموجة = التردد × الطول الموجي
بالتالي، يكون سرعة انتشار الصوت أسرع عندما يكون هناك ارتفاع في درجة الحرارة في الهواء، وتقل عندما ينخفض مستوى حرارة الهواء.
عندما يكون درجة حرارة الهواء 15 مئوية، تصل سرعة الصوت إلى 1225 كيلومترا في الساعة.
أمثلة على حساب سرعة الصوت
نجد سرعة الصوت عند درجة حرارة 3 درجات مئوية
الحل: سرعة الصوت في درجة حرارة 3 متوقعة وفقا لمعادلة سرعة الصوت التالية:
331.4 + 0.6 × 3 = 333.2 م/ث
نجد سرعة الصوت تصل إلى 38 درجة مئوية
الحل: تكون سرعة الصوت عندما يكون في درجة حرارة الهواء 38 مئوية وفقا لقانون سرعة الصوت كالتالي:
331.4 + 0.6 × 38 = 354.2 م/ث
عند صدور الصوت بتردد 15000 وطول موجي 0.023 هيرتز، يتم قياس درجة حرارة الهواء في نجد
الحل : لحساب درجة حرارة الهواء باستخدام تردد صدور الصوت، الذي يكون 15000 هرتز ومسافة 0.023 متر.
هو القياس المستخدم لطول الموجة الصوتية، ويتم حسابه وفقا لقانون سرعة الصوت للحصول على النتيجة التالية:
نجد أولاً سرعة الصوت
15000 × 0.023 = 345 م/ث
لتكون سرعة الصوت 345 م/ث
نجد درجة الحرارة
تكون المعادلة الأصلية كالآتي:
سرعة الصوت ٣٤٥ مترا في الثانية = ٣٣١.٤ + ٠.٦ × درجة الحرارة.
لذلك، عندما نرغب في معرفة درجة الحرارة المطلوبة، نتبع عدة خطوات وهي:
نقوم بطرح العامل الثابت 331.4 من سرعة الضوء وهي 345 للحصول على الناتج 13.6، وبالتالي يصبح الشكل المعتدل الجديد كما يلي:
13.6 = 0.6 × درجة الحرارة
بقسم المعادلة على 0.6، نجد درجة الحرارة تكون 22.67 درجة مئوية.
العوامل التي تؤثر في سرعة الموجة الصوتية في الهواء
تأثير تغيير الضغط على سرعة الصوت
يؤثر التغير في الضغط الجوي على سرعة الصوت، إذا كانت درجة الحرارة مستقرة.
تابع أيضًا: الموجات فوق الصوتية في الطب
تأثير درجة حرارة الهواء على سرعة الصوت
حيث يتناسب سرعة الصوت في أي نوع من الغاز بشكل متناسب طردي مع الجذر التربيعي لدرجة حرارة الغاز المطلقة.
وبذلك يصل زيادة سرعة الصوت إلى 0.61 متر في الثانية، عندما ترتفع درجة الحرارة بمقدار درجة مئوية واحدة.
تأثير التغير في الرطوبة على سرعة الصوت
تتحرك الرطوبة وسرعة الصوت بنفس السرعة وفي اتجاهين متوازيين، فكلما زادت الرطوبة في الهواء، زادت سرعة الصوت.
بما أن الرطوبة تقلل كثافة الهواء في الجو.
تأثير وجود الرياح في الهواء على الصوت
تتزايد سرعة الصوت إذا كانت الرياح تهب باتجاه معاكس للصوت أو إذا كانت الرياح تهب بزاوية أقل من ٩٠ درجة.
تنخفض سرعة الصوت عندما تكون الرياح تهب باتجاه معاكس لسرعة الصوت أو بزاوية منفرجة.
لا تتأثر سرعة الضوء إذا كانت الرياح تتحرك عموديا على اتجاه الصوت، ولا تتأثر سرعة الصوت بالتردد أو الطول الموجي.
وذلك لأن سرعة انتشار الصوت في الهواء لا تعتمد على التردد وترمز لها بالحرف f، ولا تعتمد على طول الموجة، وذلك لأن السرعة تمثلها c = f = contact
تأثير سعة الصوت على سرعة انتشار الصوت، حيث يكون الصوت أسرع في الأجسام الكبيرة.
يمكن أن تكون سرعة الصوت ثابتة، ولكن سرعة الصوت في الأجسام الكبيرة تكون أكبر من السرعة الطبيعية.
تأثير درجة حرارة الهواء على سرعة الصوت
كما ذكرنا سابقا، فإن سرعة الصوت في أي نوع من الغاز تتناسب طرديا مع الجذر التربيعي لدرجة حرارة الغاز.
تم شرح مقدار زيادة سرعة الضوء عند ارتفاع درجة الحرارة بدرجة مئوية.
كما تكون المعادلة العامة للغاز كالآتي: pv = nRt
أما في حالة إن كان الغاز مثاليًا تكون كالآتي:
Pv = m / M R T
N = m/ M
وذلك لأن P = m / V R T / M
P = ? RT/ M عدد المولات = n
P = ?RT / M العامل الثابت للغاز = R
C =؟ (؟P /؟) درجة الحرارة المطلقة = T
C = ? ( ?RT/M ) كتلة الغاز = m
C = K?T الوزن الجزئي = M
علما بأن كل من ( M, R, ؟ ) ثوابت في المعادلات.
سرعة الصوت في الهواء الساخن والبارد
سرعة الصوت في الهواء الساخن تكون أكبر من سرعته في الهواء البارد، وذلك بسبب حركة جزيئات الهواء بشكل أسرع.
وبالتالي، يمكن لاهتزازات الموجة الصوتية أن تنتقل بسرعة أكبر، وهذا يعني أنه عندما ينتقل الصوت من الهواء الساخن إلى الهواء البارد أو من الهواء البارد إلى الهواء الساخن، فإنه ينتقل بشكل أسرع.
أيضا، يمكن أن يتعرض للكسر، ويمكن ملاحظة ذلك في أيام حارة أو ليالي باردة، ففي الأيام الحارة يكون الهواء القريب من الأرض ساخنا.
لذلك تنحني الأمواج الصوتية لأعلى من الهواء الساخن إلى الهواء البارد بالشكل رقم 1.
أيضا في ليلة باردة، يكون الهواء بالقرب من الأرض باردا، وبالتالي تنحني الموجة الصوتية لأسفل. هذا هو السبب في أنه يمكنك أحيانا سماع الأصوات من مسافة بعيدة، إذا كان الهواء الليلي باردا شكل 2.
اخترنا لك: الموجات الصوتية واستخداماتها في الزراعة
كانت هذه نبذة عن سرعة الصوت في الهواء الساخن والبارد حيث يمكنك التعرف على سرعة الصوت في الهواء وكيف يصل الصوت إلى الأذن، وما هي العوامل المؤثرة على وصول الصوت للأذن.
