Когда вы погружаете голову под воду, кажется, что мир замирает. Звуки становятся глухими, далекими, как будто кто-то резко убавил громкость. Но вот парадокс — на самом деле звук в воде распространяется в 4 раза быстрее, чем в воздухе, а в стали и вовсе в 17 раз быстрее! Это может показаться нелогичным, ведь под водой мы чувствуем себя почти в тишине. Но физика звука — штука куда интереснее, чем кажется на первый взгляд.
Задумывались ли вы когда-нибудь, что звука зависит от среды, в которой он распространяется. И разница скоростей вас поразит!
Скорость звука в воздухе, воде, стали и других средах
Скорость звука зависит от среды, в которой он распространяется. Вот как быстро звук «бежит» через разные материалы:
- Воздух (при 20°C): 343 м/с (1235 км/ч)
- Вода (при 20°C): 1482 м/с (5335 км/ч)
- Сталь: 5000–6000 м/с (18 000–21 600 км/ч)
- Стекло: 4540 м/с (16 344 км/ч)
- Дерево: 3300–3600 м/с (11 880–12 960 км/ч)
Даже в дереве, которое кажется
нам глушащим звук, волны распространяются в 10 раз быстрее, чем в
воздухе. Всё дело в физике: чем плотнее вещество, тем
эффективнее передаётся звуковая энергия.
От чего зависит скорость звука и почему она так различается
Звук распространяется с разной скоростью в первую очередь из-за плотности среды.
Звук — это колебания частиц. Чем плотнее и упорядоченнее вещество, тем быстрее частицы передают эти колебания друг другу.
- В воздухе частицы газа далеко друг от друга. Им нужно «добежать» до соседа, чтобы передать вибрацию — отсюда и низкая .
- В воде молекулы расположены ближе, а значит — меньше расстояние для передачи сигнала.
- В твёрдых телах, таких как или стекло, частицы буквально прижаты друг к другу. Это как передача толчка через цепочку плечом к плечу — почти мгновенно.
Звук проходит через стальную балку
длиной 6 метров всего за одну тысячную секунды. В воздухе это
заняло бы почти 0,02 секунды — в 20 раз
дольше!
Важно: на скорость звука влияет не только плотность среды, но и её упругость — способность возвращаться в исходное состояние после сжатия. В газах, например, большую роль играет температура: чем она выше, тем быстрее частицы двигаются и передают колебания. Поэтому в тёплом воздухе звук распространяется быстрее, чем в холодном.
Газ → жидкость → твёрдое тело — скорость звука возрастает.
Однако плотная, но вязкая или мягкая среда (резина) может замедлять звук.
Читайте также:
Почему мы плохо слышим под водой
Голова — не лучшая акустическая антенна в жидкой среде.
Хоть звук в воде и распространяется быстрее, вода — среда с другой плотностью и сопротивлением, вибрации там идут иначе. А человеческое ухо — инструмент, адаптированный на передачу колебаний через воздух, а не через жидкость. Из-за этого часть колебаний просто не доходит до внутреннего уха.
Кроме того, звуковые волны искажаются из-за разницы плотностей между водой и внутренними структурами уха. Поэтому , глухим, а направление источника — почти невозможно определить.
Морские млекопитающие — дельфины, киты
— "слушают" не ушами, а всей нижней челюстью, содержащей
жировую ткань, которая передаёт звук к внутреннему уху.
Поэтому они слышат под водой в разы лучше нас.
Вывод простой: чем плотнее и упорядоченнее материал, тем быстрее в нём движется звук. Именно поэтому инженеры используют ультразвук для диагностики металлов — в твёрдом теле волна не теряется, не искажается и движется максимально быстро.
Подписывайтесь на нас в и , и в следующий раз, услышав отдалённый грохот по рельсам задолго до поезда — вспомните: звук действительно мчится по стали в 17 раз быстрее, чем по воздуху.
Комментарии