Struktura

Šíření zvuku. Rychlost zvuku

Šíření zvuku. Rychlost zvuku

Zvuk se ve vzduchu šíří jako podélné postupné vlnění (Video).

obrazek

Obr. 1: Přenos zvuku ze zdroje do okolního prostředí

Zvuk se šíří jen v pružném látkovém prostředí (vzduch, voda, ocel, …). Ve vakuu se zvuk nešíří. V některých látkách se zvuk šíří velmi dobře (beton, ocel, sklo, …). V látkách, které nejsou dostatečně pružné (plsť, polystyren, …), se zvuk šíří špatně. Tyto látky se používají ke snížení úrovně hluku.

Uvnitř kapalin a plynů se zvuk šíří jako podélné postupné vlnění. V pevných látkách může vznikat také mechanické vlnění příčné. Jeho rychlost je však jiná než rychlost vlnění podélného.

Velmi důležitou veličinou popisující šíření zvuku je rychlost zvuku. Rychlost zvuku ve vzduchu můžeme například změřit pomocí výstřelu z děla (startovací pistole, raketa ohňostroje). Měření provedeme tak, že umístíme pozorovatele do známé vzdálenosti (např. 1 km) od děla a změříme dobu, která uplyne mezi zábleskem a zvukem výstřelu. Video_1 (k výstřelu rakety ohňostroje došlo ve vzdálenosti 760m)

Rychlost zvuku ve vzduchu můžeme také změřit pomocí měřícího systému (např. Vernier) pomocí dvou mikrofonů (obr. 2).

obrazek

Obr. 2: Měření rychlosti zvuku pomocí dvou mikrofonů

Rychlost zvuku ve vzduchu vypočítáme jako podíl vzdálenosti obou mikrofonů a doby mezi zvuky, kterou zaznamenal postupně první mikrofon a potom druhý mikrofon (obr. 2 a obr. 3).

Obr. 3: Časový průběh zvuků na dvou mikrofonech při měření rychlosti zvuku (s = 1,3 m; Δt = 0,0038437 s; v = 338,2 m∙s-1)

Rychlost zvuku ve vzduchu závisí na složení vzduchu (nečistoty, vlhkost), ale nejvíce na jeho teplotě t v Celsiových stupních:

vt = (331,82 + 0,61{t}) m∙s-1

Rychlost zvuku není ovlivněna tlakem vzduchu a je stejná pro zvuková vlnění všech frekvencí.

Tab. 1: Tabulka rychlostí zvuku ve vzduchu při různých teplotách

V různých látkách se zvuk šíří různou rychlostí.

Tab. 2: Tabulka rychlostí zvuku v různých látkách

Dopadne-li zvuk na překážku, může nastat odraz nebo ohyb zvukového vlnění. Zvláštním případem odrazu je ozvěna (zvuk - níže v příloze). Ozvěna je slyšení po sobě následujících dvou (nebo více) stejných zvuků s prodlevou větší než 0,1 s (překážka je od pozorovatele dále než 17 m). Jestliže je překážka blíže než 17 m, zvuky již neodlišíme a odražený zvuk splývá se zvukem původním – dozvuk (zvuk - níže v příloze). Dozvuk snižuje srozumitelnost řeči nebo zkresluje hudbu. Při velmi malých vzdálenostech (do 10 m) dozvuk zesiluje zvuk.

Měření M.8 Měření rychlosti zvuku

Úlohy:

1. Vysvětlete, jak můžeme určit přibližnou vzdálenost blížící se bouřky.

2. Určete dobu, která uplyne mezi záchvěvem půdy v místě pozorovatele a okamžikem, kdy uslyší explozi nálože, která vybuchla ve vzdálenosti 1,7 km. (V půdě je rychlost zvuku 13 × větší než ve vzduchu).

3. Jak se změní základní frekvence chvění vzduchového sloupce ve válci délky 30 cm, který je na jednom konci uzavřen, když se teplota vzduchu zvýší z 15 °C na 25 °C?

4. První měření rychlosti zvuku ve vodě bylo v roce 1827 provedeno pomocí dvou člunů vzdálených 13,487 km. Na jednom člunu společně se světelným zábleskem kladívkem udeřili do kovového zvonu. Pozorovatel na druhém člunu zachytil zvuk o 9,4 s po tom, co uviděl záblesk. Jakou v roce 1827 určili rychlost zvuku ve vodě? Proč se liší od dnes uváděné hodnoty?

Obr. 4: První měření rychlosti zvuku ve vodě v roce 1827

5. K měření hloubky moře se používá tzv. echolot. Určete hloubku moře, jestliže odražený signál dospěl k echolotu za 0,6 s po jeho vyslání.

obrazek

Obr. 5: Měření hloubky moře echolotem

6. Urči rychlost zvuku z Videa_1.

7. Změř z Videa_2 dobu mezi bleskem a hromem. Urči pomocí známé rychlosti zvuku ve vzduchu (340 m∙s-1) vzdálenost blesku od pozorovatele.

8. Rychlost zvuku v heliu je při 30 °C přibližně 1024 m∙s-1. Pokud člověk vdechne helium, bude jeho hlas znít nepřirozeně směšně vysoko. Proč tomu tak je?

Video

This div will be replaced by the JW Player.

Rychlost zvuku - výstřel ve vzdálenosti 760 m

Video

This div will be replaced by the JW Player.

Blesk a hrom

Logolink