ध्वनि की गति

ध्वनि तरंगों की मुख्य विशेषताओं में ध्वनि की गति, इसकी तीव्रता शामिल है - ये ध्वनि तरंगों की वस्तुगत विशेषताएं हैं, पिच, जोर को व्यक्तिपरक विशेषताओं के रूप में संदर्भित किया जाता है। व्यक्तिपरक विशेषताएँ काफी हद तक किसी विशेष व्यक्ति द्वारा ध्वनि की धारणा पर निर्भर करती हैं, न कि उस पर भौतिक विशेषताएंआवाज़।

ठोस, तरल और गैसों में ध्वनि की गति का मापन इंगित करता है कि गति दोलन की आवृत्ति या ध्वनि तरंग की लंबाई पर निर्भर नहीं करती है, अर्थात फैलाव ध्वनि तरंगों की विशेषता नहीं है। ठोस पदार्थों में, अनुदैर्ध्य और अनुप्रस्थ तरंगें फैल सकती हैं, जिसका प्रसार वेग सूत्रों का उपयोग करके पाया जाता है:

जहां ई - यंग का मापांक, जी - ठोस में कतरनी मापांक। ठोस पदार्थों में, अनुदैर्ध्य तरंगों का प्रसार वेग अनुप्रस्थ तरंगों के प्रसार वेग से लगभग दोगुना होता है।

केवल अनुदैर्ध्य तरंगें तरल और गैसों में फैल सकती हैं। जल में ध्वनि की गति सूत्र द्वारा ज्ञात की जाती है:

K पदार्थ का वॉल्यूमेट्रिक कम्प्रेशन मॉडुलस है।

तरल पदार्थों में, जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, ध्वनि की गति बढ़ जाती है, जो तरल के वॉल्यूमेट्रिक संपीड़न अनुपात में कमी से जुड़ी होती है।

गैसों के लिए, एक सूत्र निकाला गया है जो उनके दबाव को घनत्व से संबंधित करता है:

गैसों में ध्वनि की गति ज्ञात करने के लिए पहली बार इस सूत्र का प्रयोग आई. न्यूटन ने किया था। सूत्र से देखा जा सकता है कि गैसों में ध्वनि प्रसार की गति तापमान पर निर्भर नहीं करती है, यह दबाव पर भी निर्भर नहीं करती है, क्योंकि दबाव बढ़ने से गैस का घनत्व भी बढ़ जाता है। सूत्र को अधिक तर्कसंगत रूप भी दिया जा सकता है: मेंडेलीव-क्लैप्रोन समीकरण के आधार पर:

तो ध्वनि की गति होगी :

सूत्र को न्यूटन का सूत्र कहते हैं। इसकी मदद से गणना की गई हवा में ध्वनि की गति 273K पर 280 मीटर/सेकेंड है। वास्तविक प्रायोगिक गति 330 मी/से है ।

यह परिणाम सैद्धांतिक से काफी अलग है, और इसका कारण लाप्लास द्वारा स्थापित किया गया था।

उन्होंने दिखाया कि हवा में ध्वनि का प्रसार रूद्धोष्म है। गैसों में ध्वनि तरंगें इतनी तेजी से फैलती हैं कि गैसीय माध्यम में उत्पन्न आयतन और दबाव में स्थानीय परिवर्तन बिना ऊष्मा विनिमय के होते हैं पर्यावरण. लाप्लास ने गैसों में ध्वनि की गति ज्ञात करने के लिए एक समीकरण निकाला:

ध्वनि तरंगों का प्रसार

जैसे ध्वनि तरंगें किसी माध्यम में फैलती हैं, वे क्षीण हो जाती हैं। ध्वनि स्रोत से बढ़ती दूरी के साथ माध्यम के कणों के दोलनों का आयाम धीरे-धीरे कम हो जाता है।

तरंग अवमंदन का एक मुख्य कारण माध्यम के कणों पर आंतरिक घर्षण बलों की क्रिया है। इन बलों पर काबू पाने के लिए दोलन गति की यांत्रिक ऊर्जा का निरंतर उपयोग किया जाता है, जो तरंग द्वारा स्थानांतरित होती है। यह ऊर्जा माध्यम के अणुओं और परमाणुओं की अराजक तापीय गति की ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। चूँकि तरंग की ऊर्जा दोलनों के आयाम के वर्ग के समानुपाती होती है, जब तरंगें ध्वनि स्रोत से फैलती हैं, साथ ही दोलन गति के ऊर्जा भंडार में कमी के साथ, दोलनों का आयाम भी घट जाता है।

वातावरण में ध्वनियों का प्रसार कई कारकों से प्रभावित होता है: विभिन्न ऊंचाइयों पर तापमान, हवा की धाराएं। प्रतिध्वनि एक सतह से परावर्तित ध्वनि है। ध्वनि तरंगों को ठोस सतहों से हवा की परतों से परावर्तित किया जा सकता है जिसमें तापमान पड़ोसी परतों के तापमान से भिन्न होता है।

आज, कई नए बसने वाले, एक अपार्टमेंट को लैस करने के लिए, अपने घरों की ध्वनिरोधी सहित अतिरिक्त काम करने के लिए मजबूर हैं, क्योंकि। उपयोग की जाने वाली मानक सामग्री केवल यह संभव बनाती है कि जो हो रहा है उसे आंशिक रूप से छिपाया जाए अपना मकान, और पड़ोसियों के संचार में इच्छा के विरुद्ध रुचि न लें।

ठोस पदार्थों में, तरंग का विरोध करने वाले पदार्थ का कम से कम घनत्व और लोच प्रभावित होता है। इसलिए, परिसर को लैस करते समय, आसन्न परत बियरिंग दीवार, इसे ऊपर और नीचे से "लीक" के साथ ध्वनिरोधी बनाएं। यह आपको डेसिबल में कभी-कभी 10 गुना से अधिक कम करने की अनुमति देता है। फिर बेसाल्ट मैट बिछाए जाते हैं, और शीर्ष पर - ड्राईवॉल शीट्सजो अपार्टमेंट से बाहर ध्वनि को दर्शाता है। जब एक ध्वनि तरंग ऐसी संरचना के लिए "उड़ती" है, तो यह इन्सुलेटर परतों में क्षीण हो जाती है, जो झरझरा और नरम होती हैं। यदि ध्वनि तेज है, तो इसे अवशोषित करने वाली सामग्री गर्म भी हो सकती है।

लोचदार पदार्थ, जैसे पानी, लकड़ी, धातु, अच्छी तरह से संचारित होते हैं, इसलिए हम एक अद्भुत "गायन" सुनते हैं संगीत वाद्ययंत्र. और अतीत में कुछ राष्ट्रीयताओं ने दृष्टिकोण निर्धारित किया, उदाहरण के लिए, सवारों के कान को जमीन पर रखना, जो काफी लोचदार भी है।

किमी में ध्वनि की गति उस माध्यम की विशेषताओं पर निर्भर करती है जिसमें यह प्रसारित होता है। विशेष रूप से, प्रक्रिया इसके दबाव से प्रभावित हो सकती है, रासायनिक संरचना, तापमान, लोच, घनत्व और अन्य पैरामीटर। उदाहरण के लिए, एक स्टील शीट में, एक ध्वनि तरंग 5100 मीटर प्रति सेकंड की गति से यात्रा करती है, कांच में - लगभग 5000 मीटर / सेकंड, लकड़ी और ग्रेनाइट में - लगभग 4000 मीटर / सेकंड। गति को किलोमीटर प्रति घंटे में बदलने के लिए, 3600 (सेकंड प्रति घंटे) से गुणा करें और 1000 (मीटर प्रति किलोमीटर) से विभाजित करें।

जलीय वातावरण में किमी में ध्वनि की गति अलग-अलग लवणता वाले पदार्थों के लिए अलग-अलग होती है। के लिए ताजा पानी 10 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर, यह लगभग 1450 मीटर/सेकेंड है, और 20 डिग्री सेल्सियस और समान दबाव के तापमान पर, यह पहले से ही लगभग 1490 मीटर/सेकेंड है।

खारा वातावरण ध्वनि कंपन के पारित होने की जानबूझकर उच्च गति से प्रतिष्ठित होता है।

वायु में ध्वनि का संचरण भी तापमान पर निर्भर करता है। 20 के बराबर इस पैरामीटर के मान के साथ, ध्वनि तरंगें लगभग 340 मीटर/सेकेंड की गति से यात्रा करती हैं, जो लगभग 1200 किमी/घंटा है। और शून्य डिग्री पर, गति 332 m/s तक धीमी हो जाती है। अपने अपार्टमेंट इंसुलेटर पर लौटते हुए, हम सीख सकते हैं कि कॉर्क जैसी सामग्री में, जिसका उपयोग अक्सर बाहरी शोर को कम करने के लिए किया जाता है, किमी में ध्वनि की गति केवल 1800 किमी/घंटा (500 मीटर प्रति सेकंड) होती है। यह स्टील के पुर्जों में इस विशेषता से दस गुना कम है।

एक ध्वनि तरंग उस माध्यम का अनुदैर्ध्य कंपन है जिसमें यह फैलता है। उदाहरण के लिए, जब संगीत के एक टुकड़े का माधुर्य किसी प्रकार की बाधा से गुजरता है, तो इसका आयतन स्तर कम हो जाता है, क्योंकि। उसी समय, आवृत्ति समान रहती है, जिसके कारण हम महिला की आवाज को महिला के रूप में और पुरुष की आवाज को पुरुष के रूप में सुनते हैं। सबसे दिलचस्प वह स्थान है जहां किमी में ध्वनि की गति शून्य के करीब है। यह एक निर्वात है जिसमें इस प्रकार की तरंगें शायद ही फैलती हैं। यह प्रदर्शित करने के लिए कि यह कैसे काम करता है, भौतिक विज्ञानी एक बजती हुई अलार्म घड़ी को एक हुड के नीचे रखते हैं जो हवा निकाल दी जाती है। वायु का विरलन जितना अधिक होता है, पुकार उतनी ही शांत सुनाई देती है।

शायद आप में से कई लोगों ने ध्वनि की गति जैसी अवधारणा के बारे में सुना होगा। मुझे आशा है कि आप में से अधिकांश लोग समझ गए होंगे कि यह क्या है। और अगर नहीं भी है, तो हम इसका पता लगा लेंगे।

गति क्या है?

सबसे पहले, आपको यह समझने की जरूरत है रफ़्तार- यह एक भौतिक मात्रा है जो दर्शाती है कि एक पिंड प्रति इकाई समय में कितनी दूर तक यात्रा कर सकता है। इस परिभाषा से यह पता चलता है कि 99% मामलों में 70 किमी / घंटा की गति से चलने वाली कार घड़ी की सुई की एक क्रांति (यानी एक घंटे में) में 70 किलोमीटर की यात्रा कर सकती है। हम इस तथ्य के लिए 1% मामले फेंक देंगे कि यह सड़क पर टूट सकता है या सड़क समाप्त हो जाएगी। कार समझ में आता है। एक कार के बजाय, आप अन्य वस्तुएँ ले सकते हैं: एक व्यक्ति दौड़ रहा है, एक पत्थर उड़ रहा है, एक जर्बोआ कूद रहा है, आदि। ये सभी शरीर वास्तविक वस्तुएँ हैं जिन्हें देखा और छुआ भी जा सकता है। लेकिन ध्वनि कोई पत्थर या विमान नहीं है, इसकी गति कहाँ से प्राप्त होती है?

अवधारणा दो शब्दों से मिलकर बनी है। हम पहले से ही निपट चुके हैं। अब चलते हैं दूसरे पर। ध्वनि क्या है?

ध्वनि वह है जिसे हम सुन सकते हैं, अर्थात यह एक भौतिक घटना है। यह घटना प्रसार के परिणामस्वरूप होती है ध्वनि की तरंगठोस, तरल या गैसीय मीडिया में। ध्वनि तरंग सामान्य समुद्री लहर के समान होती है, जिसे सभी ने लाइव या टीवी पर देखा (यह कुछ भी नहीं है कि उन्हें एक ही नाम दिया गया था - लहर). लेकिन अधिक सटीक रूप से, आप एक ध्वनि तरंग की कल्पना पानी पर मंडलियों के रूप में कर सकते हैं जो एक कंकड़ फेंकने के बाद दिखाई देती हैं। आखिरकार, ध्वनि सभी दिशाओं में समान रूप से यात्रा करती है! पानी के गिलास पर चिल्लाओगे तो दुर्का तक ले जाओगे आवाज देख पाओगे!!! पानी की सतह पर हलकों के रूप में।

वह है ध्वनि की तरंग- यह अनिवार्य रूप से उस माध्यम के परमाणुओं का दोलन है जिसमें ध्वनि का प्रसार होता है। इसीलिए तेज़ संगीत से खिड़कियाँ हिलती हैं।

अब हम जानते हैं कि गति क्या है और ध्वनि क्या है, तो चलिए इन अवधारणाओं को एक साथ रखते हैं!

ध्वनि की गति एक माप है कि ध्वनि तरंग प्रति यूनिट समय में कितनी दूर तक यात्रा कर सकती है।

जैसा कि हमने पहले ही पता लगा लिया है, ध्वनि तरंग की गति के लिए यह आवश्यक है (वायु, जल, ठोस शरीर) जो दोलन करेगा। इसलिए अंतरिक्ष में आवाज नहीं होती ! चूँकि परमाणु नहीं हैं (व्यावहारिक रूप से कोई नहीं, थोड़े हैं, लेकिन बहुत कम हैं)!और सबसे दिलचस्प बात यह है कि ध्वनि हवा में 340 m/s की गति से, पानी में - 1500 m/s की गति से और ठोस पदार्थों में - 3000-6000 m/s की गति से फैलती है। इसमें कोई आश्चर्य की बात नहीं है, क्योंकि परमाणुओं के बीच की दूरी जितनी कम होगी, ध्वनि उतनी ही तेज चलेगी।

लेख वातावरण में ध्वनि घटना की विशेषताओं पर विचार करता है: हवा में ध्वनि प्रसार की गति, ध्वनि प्रसार पर हवा और कोहरे का प्रभाव।
पदार्थ के कणों के अनुदैर्ध्य कंपन, भौतिक माध्यम (हवा, पानी और ठोस पदार्थों के माध्यम से) के माध्यम से फैलते हैं और मानव कान तक पहुंचते हैं, ध्वनि नामक संवेदना पैदा करते हैं।
में वायुमंडलीय हवाहमेशा विभिन्न आवृत्तियों और शक्तियों की ध्वनि तरंगें होती हैं। इनमें से कुछ तरंगें मनुष्य द्वारा कृत्रिम रूप से बनाई गई हैं, और कुछ ध्वनियाँ मौसम संबंधी उत्पत्ति की हैं।
मौसम संबंधी उत्पत्ति की ध्वनियों में गड़गड़ाहट, हवा का गरजना, तारों का गुनगुनाहट, शोर और पेड़ों की सरसराहट, समुद्र की "आवाज़", पृथ्वी की सतह पर गिरने वाली ठोस और तरल वर्षा की आवाज़ें शामिल हैं। समुद्र और झीलों के तट पर सर्फ, और अन्य।
वातावरण में ध्वनि प्रसार की गति हवा के तापमान और आर्द्रता के साथ-साथ हवा (दिशा और इसकी ताकत) से प्रभावित होती है। वायुमण्डल में ध्वनि की औसत चाल 333 मीटर/सेकेण्ड होती है। जैसे ही हवा का तापमान बढ़ता है, ध्वनि की गति थोड़ी बढ़ जाती है। वायु की निरपेक्ष आर्द्रता में परिवर्तन का ध्वनि की गति पर कम प्रभाव पड़ता है।
हवा में ध्वनि की गति लाप्लास के सूत्र द्वारा निर्धारित की जाती है:

(1),
जहाँ पी - दबाव; ? - वायु घनत्व; सी? निरंतर दबाव पर हवा की ताप क्षमता है; cp स्थिर आयतन पर वायु की ऊष्मा क्षमता है।
गैस की स्थिति के समीकरण का उपयोग करके, मौसम संबंधी मापदंडों पर ध्वनि की गति की कई निर्भरताएँ प्राप्त की जा सकती हैं।
शुष्क हवा में ध्वनि की गति सूत्र द्वारा निर्धारित की जाती है:
c0 = 20.1 ?T m/s, (2)
लेकिन में आद्र हवा:
c0 = 20.1 ?TV m/s, (3)
जहाँ TV = तथाकथित ध्वनिक आभासी तापमान, जो सूत्र TV = T (1 + 0.275 e/p) द्वारा निर्धारित किया जाता है।
जब वायु के तापमान में 1° का परिवर्तन होता है तो ध्वनि की गति में 0.61 मीटर/सेकण्ड का परिवर्तन होता है। ध्वनि की गति अनुपात ई / पी (दबाव के लिए आर्द्रता का अनुपात) के मूल्य पर निर्भर करती है, लेकिन यह निर्भरता छोटी होती है, और, उदाहरण के लिए, जब जल वाष्प की लोच 7 मिमी से कम होती है, तो इसे उपेक्षित करना एक देता है ध्वनि की गति में त्रुटि जो 0.5 मीटर/सेकंड से अधिक न हो।
सामान्य दबाव और T \u003d 0 ° C पर, शुष्क हवा में ध्वनि की गति 333 m / s होती है। नम हवा में, ध्वनि की गति सूत्र द्वारा निर्धारित की जा सकती है:
सी = 333 + 0.6t + 0.07e (4)
तापमान सीमा (t) में -20° से +30° तक, यह सूत्र ध्वनि की गति में ± 0.5 m/s से अधिक की त्रुटि देता है। उपरोक्त सूत्रों से यह देखा जा सकता है कि बढ़ते तापमान और आर्द्रता के साथ ध्वनि की गति बढ़ जाती है।
हवा का एक मजबूत प्रभाव होता है: हवा की दिशा में ध्वनि की गति बढ़ जाती है, हवा के खिलाफ यह घट जाती है। वातावरण में हवा की उपस्थिति ध्वनि तरंग को बहाव का कारण बनाती है, जिससे यह आभास होता है कि ध्वनि स्रोत स्थानांतरित हो गया है। इस मामले में ध्वनि की गति (c1) अभिव्यक्ति द्वारा निर्धारित की जाती है:
c1 = c + U cos ?, (1)
जहां यू हवा की गति है; ? अवलोकन बिंदु पर हवा की दिशा और ध्वनि आगमन की देखी गई दिशा के बीच का कोण है।
ध्वनिक विधि द्वारा वातावरण की ऊपरी परतों का अध्ययन करने में कई समस्याओं को हल करने में वातावरण में ध्वनि प्रसार की गति का ज्ञान बहुत महत्वपूर्ण है। लाभ उठा औसत गतिवातावरण में ध्वनि, आप अपने स्थान से गड़गड़ाहट के स्थान की दूरी का पता लगा सकते हैं। ऐसा करने के लिए, आपको बिजली की चमक और गड़गड़ाहट की आवाज आने के बीच सेकंड की संख्या निर्धारित करने की आवश्यकता है। फिर आपको वातावरण में ध्वनि की गति के औसत मूल्य को गुणा करने की आवश्यकता है - 333 मीटर / सेकंड। सेकंड की दी गई संख्या के लिए।

ध्वनि की गति- एक माध्यम में लोचदार तरंगों के प्रसार की गति: अनुदैर्ध्य (गैसों, तरल या ठोस पदार्थों में) और अनुप्रस्थ, कतरनी (ठोस में) दोनों। यह माध्यम की लोच और घनत्व से निर्धारित होता है: एक नियम के रूप में, गैसों में ध्वनि की गति तरल पदार्थों की तुलना में कम होती है, और तरल पदार्थों में यह ठोस पदार्थों की तुलना में कम होती है। इसके अलावा, गैसों में, ध्वनि की गति दिए गए पदार्थ के तापमान पर, एकल क्रिस्टल में - तरंग प्रसार की दिशा पर निर्भर करती है। आमतौर पर तरंग की आवृत्ति और उसके आयाम पर निर्भर नहीं करता है; ऐसे मामलों में जहां ध्वनि की गति आवृत्ति पर निर्भर करती है, कोई ध्वनि के फैलाव की बात करता है।

विश्वकोश यूट्यूब

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  पहले से ही प्राचीन लेखकों के बीच एक संकेत है कि ध्वनि शरीर के कंपन आंदोलन (टॉलेमी, यूक्लिड) के कारण होती है। अरस्तू नोट करता है कि ध्वनि की गति का एक परिमित परिमाण है, और ध्वनि की प्रकृति की सही कल्पना करता है। ध्वनि की गति को प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित करने का प्रयास सत्रहवीं शताब्दी के पूर्वार्द्ध में हुआ। "न्यू ऑर्गनॉन" में एफ बेकन ने प्रकाश की चमक और शॉट की आवाज के बीच समय अंतराल की तुलना करके ध्वनि की गति निर्धारित करने की संभावना को इंगित किया। इस पद्धति का उपयोग करते हुए, विभिन्न शोधकर्ताओं (एम। मेर्सेन, पी। गैसेंडी, डब्ल्यू। डेरहम, पेरिस एकेडमी ऑफ साइंसेज के वैज्ञानिकों का एक समूह - डी। कैसिनी, जे। पिकार्ड, ह्यूजेंस, रोमर) ने ध्वनि की गति का मूल्य निर्धारित किया (प्रयोगात्मक स्थितियों के आधार पर, 350- 390 मी/से)। सैद्धांतिक रूप से, ध्वनि की गति के प्रश्न पर पहली बार आई। न्यूटन ने अपने "सिद्धांतों" में विचार किया था। न्यूटन ने वास्तव में ध्वनि के इज़ोटेर्मल प्रसार को ग्रहण किया था, इसलिए उन्हें कम करके आंका गया। ध्वनि की गति का सही सैद्धांतिक मान लाप्लास द्वारा प्राप्त किया गया था।

  तरल और गैस में वेग की गणना

  एक सजातीय तरल (या गैस) में ध्वनि की गति की गणना सूत्र द्वारा की जाती है:

  c = 1 β ρ (\displaystyle c=(\sqrt (\frac (1)(\beta \rho ))))

  आंशिक डेरिवेटिव में:

  c = − v 2 (∂ p ∂ v) s = − v 2 C p C v (∂ p ∂ v) T (\displaystyle c=(\sqrt (-v^(2)\left(\frac (\\) आंशिक p)(\आंशिक v))\दाएं)_(s))=(\sqrt (-v^(2)(\frac (C_(p))(C_(v)))\बाएं ((\ frac (\आंशिक p)(\आंशिक v))\दाएं)_(T))))

  कहाँ β (\displaystyle \beta )- माध्यम की रुद्धोष्म संपीड्यता; ρ (\displaystyle \rho )- घनत्व; सी पी (\displaystyle C_(p))- आइसोबैरिक ताप क्षमता; सी वी (\displaystyle C_(v))- आइसोकोरिक ताप क्षमता; पी (\डिस्प्लेस्टाइल पी), वी (\displaystyle v), टी (\displaystyle टी)- दबाव, विशिष्ट मात्रा और माध्यम का तापमान; s (\displaystyle s)- पर्यावरण की एन्ट्रापी।

  समाधान और अन्य जटिल भौतिक-रासायनिक प्रणालियों के लिए (उदाहरण के लिए, प्राकृतिक गैस, तेल) ये व्यंजक बहुत बड़ी त्रुटि दे सकते हैं।

  एसएनएफ

  इंटरफेस की उपस्थिति में, लोचदार ऊर्जा को सतह तरंगों के माध्यम से स्थानांतरित किया जा सकता है विभिन्न प्रकार के, जिसकी गति अनुदैर्ध्य और अनुप्रस्थ तरंगों की गति से भिन्न होती है। इन दोलनों की ऊर्जा बल्क तरंगों की ऊर्जा से कई गुना अधिक हो सकती है।