Mi a hangsebesség és hogyan találták meg?

Sok éven át a filozófusok azt kérdezték: 'Ha egy fa kidől az erdőben, és senki sem hallja, ad hangot?' A tudósok válaszoltak erre a kérdésre, és kiderítették, milyen gyorsan terjed a hang. Ennek a sebességnek a kiszámítása nem volt olyan egyszerű, mint amilyennek tűnt. A fénysebességtől eltérően a hangsebesség nem állandó, és különböző változók változtatják a sebességét. A tudósok kitartottak, és most már megértik, hogyan működik a hang, legyen szó akár egy szoprán hangjáról, akár egy fa földhöz csapódásáról.

Mi az a Hang?

A hang rezgések által létrehozott energia. Amikor a tárgyak rezegnek, a körülöttük lévő részecskék vibrációt okoznak, ami viszont további részecskék rezgését okozza. Ez egy hanghullám. Például, ha egy fa a földre zuhan, a leszállása által keltett rezgések hanghullámot keltenek. A hanghullámok addig folytatódnak, amíg el nem fogynak az energiájuk, és ha vannak fülek a hullám tartományán belül, akkor valóban hallható.

Star Trek Discovery 4. évad, 1. rész

Mi a hangsebesség?

Amikor a hangsebességről beszélünk, a legtöbben a hanghullámok levegőben terjedő sebességére utalnak. 68 Fahrenheit-fok hőmérsékleten, száraz környezetben a hangsebesség körülbelül 767 mérföld/óra. A sebesség különböző hőmérsékleteken változik, és a levegőben lévő gázoktól függően is változik.

A húrok törvénye

Az ie 6. században Pythagoras filozófus, matematikus és lírajátékos időt töltött a hangzás működésének vizsgálatával. A legenda szerint a hanggal kapcsolatos munkáját az ihlette, ahogy a különböző méretű kalapácsok különböző hangokat hoznak létre egy kovácsműhelyben. Valószínűbb, hogy a líra húrjainak hosszával való kísérletezés ihlette felfedezését, miszerint a frekvencia fordítottan arányos a húr hosszával. A húrok első törvényeként ismert, és ez az első hanghullámokkal foglalkozó mű.

Sir Isaac Newton

Sir Isaac Newton volt az első, aki kiadott egy hangsebességet. A Trinity College egyik oszlopcsarnokában állva Newton összecsapta a kezét, és megmérte, mennyi idő alatt visszhangzik vissza a hang a fülébe. Modern mérőberendezések nélkül az ingára ​​hagyatkozott az idő mérésére. A Principia Mathematicában megjelent figurája körülbelül 15 százalékkal csökkent. A Newton által kidolgozott képletet Pierre-Simon Laplace fejlesztette tovább, és Newton-Laplace-egyenletként ismert.

Hangsebesség mérése lövésekkel

Az 1700-as évek elején William Durham tiszteletes kísérleteket végzett a hangsebesség mérésére. Amíg egy toronyban állt egy távcsővel, az asszisztensek fegyvereket lőttek számos helyi tereptárgyra. Durham megfigyelte a lövés villanását, és egy ingával mérte, mennyi időbe telt, mire meghallja a hangot. Mivel ismerte az érintett távolságokat, a hangsebesség kiszámítható, és ez a legkorábbi ésszerűen pontos becslés.

Hangsebesség mérés Kundt csövével

August Kundt 1866-ban találta fel a Kundt-csövet. A készülék egy átlátszó csőből áll, amely kis mennyiségű finom port tartalmaz. Amikor a cső egyik végén hang keletkezik, a port a hanghullámok mozgatják. A csőben a hullámhossztól függően egyenlő távolságra leülepszik. A porhalmok közötti távolság mérése lehetővé teszi a hangsebesség kiszámítását. A Kundt-cső különböző gázokkal való feltöltése lehetővé teszi a hangsebesség mérését különböző közegekben.

Hangsebesség mérése mikrofonnal

A hangsebesség mérésének legegyszerűbb módja manapság két mikrofon használatával. Az alapkoncepció megegyezik a Durham sörétes puskáival, de a stopperórák és a gyorsrögzítő eszközök rövidebb távolságot tesznek lehetővé a hangforrás és a mérőeszköz között. A hang is lehet lágyabb, mint egy puskafúvás.

A magasság hatásai

A hőmérsékletnek van a legnagyobb hatása a hangsebességre. Bármely ideális gázban állandó összetétel mellett a hangsebesség kizárólag a hőmérséklettől függ. A hang lelassul a hőmérséklet csökkenésével, ami azt jelenti, hogy a hanghullámok lassabban mozognak nagyobb magasságban. Ez az oka annak, hogy a hang általános sebességét tengerszinten mérik, és egy adott hőmérsékleten alapul.

görög harcos istennő

Hang különböző anyagokban

Mivel a hangot a részecskék rezgése hozza létre, áthaladásához közeg szükséges. Ez azt jelenti, hogy a vákuumban nincs hang, de azt is jelenti, hogy a hang a levegőn kívül más anyagokon is áthaladhat. Valójában a hang a gázokon keresztül mozog a leglassabban. Több mint négyszer gyorsabban mozog vízben és 15-ször gyorsabban a vason keresztül.

A hangkorlát áttörése

Bár a korai repülőmérnökök úgy gondolták, hogy a hangsebesség olyan akadály, amelyet lehetetlen túlszárnyalni, az ember alkotta tárgyak évszázadokkal ezelőtt törték le először. Az ostorcsapásból hallatszó reccsenés hangsebesség, és még a korai golyók is gyorsabban haladtak, mint a hangsebesség. Chuck Yaeger volt az első ember, aki 1947-ben vízszintes repülés közben hangnál gyorsabban repült. 2012-ben Felix Baumgartner volt az első ember, aki jármű nélkül repült hangnál gyorsabban, amikor 120 000 láb magasságból ejtőernyővel ugrott le.