تندی انتشار صوت

مدیران انجمن: parse, javad123javad

ارسال پست
Ali se

نام: علی س

عضویت : دوشنبه ۱۳۹۸/۱۲/۱۲ - ۱۷:۰۸


پست: 8



تندی انتشار صوت

پست توسط Ali se »

وابسته به جنس: نکته ای وجود دارد که میگوید تندی انتشار صوت در جامدات بیشتر از مایعات وان هم بیشتر از گاز هست



و
وابسته به دما: در طرف دیگر نکته ای وجود دارد که میگوید با افزایش دما تندی انتشار افزایش مییابد

ایا این نکته ها درست هست؟ اگر درست هست ایا تناقضی با هم ندارند؟

نمایه کاربر
رهام1380

نام: رهام حسامی

محل اقامت: تهران

عضویت : پنج‌شنبه ۱۳۹۹/۶/۲۰ - ۰۹:۴۸


پست: 95

سپاس: 14

جنسیت:

تماس:

Re: تندی انتشار صوت

پست توسط رهام1380 »

موج صدا آن را به عنوان از طریق انتشار الاستیک متوسط. در دمای 20 درجه سانتیگراد (68 درجه فارنهایت) ، سرعت صدا در هوا حدود 343 متر در ثانیه است . این امر به شدت به درجه حرارت و همچنین محیطی که از طریق آن موج صوتی در حال انتشار است بستگی دارد .
سرعت صدا در یک گاز ایده آل فقط به دما و ترکیب آن بستگی دارد. سرعت وابستگی ضعیفی به فرکانس و فشار در هوای معمولی دارد و کمی از رفتار ایده آل دور می شود.
طور معمول صدا در گازها با سرعت کمتری ، در مایعات سریعتر و در مواد جامد با سرعت بیشتری حرکت می کند
موج عرضی موثر بر اتم ها در ابتدا محدود به یک صفحه است. این نوع موج صوتی اضافی (نوع موج الاستیک اضافی) فقط در مواد جامد حرکت می کند ، زیرا به یک حرکت برشی کناری احتیاج دارد که با وجود کشش در ماده جامد پشتیبانی می شود. حرکت برشی پهلو ممکن است در هر جهتی که در جهت حرکت موج در زاویه راست باشد انجام شود . علاوه بر این ، ممکن است جهت برشی زاویه راست با گذشت زمان و مسافت تغییر کند و در نتیجه انواع مختلف قطبش امواج برشی ایجاد شود
در یک گاز یا مایع ، صدا از امواج فشرده سازی تشکیل شده است. در جامدات ، امواج به صورت دو نوع مختلف منتشر می شوند. یک موج طولی در مسیر حرکت با فشرده سازی و فشار فشرده سازی همراه است و در گازها و مایعات با یک موج نوع فشرده سازی مشابه در جامدات همان فرآیند است. فقط امواج فشرده سازی در گازها و مایعات پشتیبانی می شوند. یک نوع موج اضافی ، موج عرضی که به آن موج برشی نیز گفته می شود ، فقط در جامدات وجود دارد زیرا فقط جامدات از تغییر شکل های الاستیک پشتیبانی می کنند. این به دلیل تغییر شکل الاستیک محیط عمود بر جهت حرکت موج است. جهت تغییر شکل برشی " قطبش " این نوع موج نامیده می شود . به طور کلی ، امواج عرضی به صورت یک جفت اتفاق می افتندقطبشهای متعامد .
این امواج مختلف (امواج فشرده سازی و قطبش های مختلف امواج برشی) ممکن است در فرکانس یکسانی سرعت های مختلف داشته باشند. بنابراین ، آنها در زمانهای مختلف به یک ناظر می رسند ، یک مثال شدید یک زمین لرزه است ، جایی که امواج
سرعت یک موج فشرده سازی در یک سیال با فشار پذیری و چگالی محیط تعیین می شود . در جامدات ، موجهای فشرده سازی مشابه مایعات موجود در مایعات هستند ، بسته به انعطاف پذیری و چگالی ، اما با یک عامل اضافی مدول برشی که بر امواج فشرده سازی تأثیر می گذارد به دلیل انرژی های الاستیک خارج از محور که قادر به تحت تأثیر قرار دادن فشار و آرامش در فشار هستند . سرعت امواج برشی که فقط در جامدات وجود دارد ، به سادگی توسط مدول برش و چگالی ماده جامد تعیین می شود.
ان می دهد که سرعت صدا در رسانه های مختلف بسیار متفاوت است. سرعت صدا در یک محیط بستگی به سرعت انتقال انرژی ارتعاشی از طریق محیط دارد. به همین دلیل ، استخراج سرعت صدا در یک رسانه به محیط و به حالت محیط بستگی دارد. به طور کلی ، معادله سرعت موج مکانیکی در یک محیط بستگی به ریشه مربع نیروی بازیابی ، یا خاصیت ارتجاعی ، تقسیم بر خاصیت اینرسی دارد ،
$v = \sqrt{\frac{\text{elastic property}}{\text{inertial property}}} \ldotp $ و داریم $\frac{\partial^{2} y (x,t)}{\partial x^{2}} = \frac{1}{v^{2}} \frac{\partial^{2} y (x,t)}{\partial t^{2}} \ldotp $
ته F T است و چگالی خطی است μ خاصیت اینرسی است. در یک امواج به یاد بیاورید که سرعت موج روی یک رشته برابر است v =Fتیμ---√ ، جایی که نیروی بازیابی کشش در رشته F T $ v = \sqrt{\frac{F_{T}}{\mu}}$ لذا $v = \sqrt{\frac{B}{\rho}} \ldotp \label{17.4} $
جایی که γ شاخص آدیاباتیک است ، R = 8.31 J / mol • K ثابت گاز است ، T Kدمای مطلق کلوین ها است و M جرم مولکولی است. به طور کلی ، هرچه محیط سفت و سخت (یا کمتر قابل فشردگی) باشد ، سرعت صدا بیشتر می شود. این مشاهدات مشابه این واقعیت است که فرکانس حرکت ساده هارمونیکی مستقیماً با سختی جسم نوسانی متناسب با k ، ثابت فنر متناسب است. هر چقدر تراکم یک محیط بیشتر باشد ، سرعت صدا کاهش می یابد. این مشاهدات مشابه این واقعیت است که فرکانس یک حرکت هارمونیکی ساده با متر ، جرم جسم نوسانی متناسب است. سرعت صدا در هوا کم است ، زیرا هوا به راحتی قابل فشردن است. از آنجا که مایعات و جامدات نسبتاً سفت و سخت هستند و فشرده سازی آنها بسیار دشوار است ، سرعت صدا در چنین محیط هایی به طور کلی بیشتر از گازها است.$v = \sqrt{\frac{\gamma RT_{K}}{M}}, \label{17.6} $از آنجا که سرعت صدا به چگالی ماده بستگی دارد و چگالی آن به دما بستگی دارد ، بین درجه حرارت در یک محیط داده شده و سرعت صدا در محیط رابطه وجود دارد. برای هوا در سطح دریا ، سرعت صدا توسط داده می شود$v = 331\; m/s \sqrt{1 + \frac{T_{C}}{273 °C}} = 331\; m/s \sqrt{\frac{T_{K}}{273\; K}} \label{17.7} $
جایی که کب ثابت بولتزمن (1.38 x 10 − 23 J / K) است و m جرم هر ذره (یکسان) در گاز است. توجه داشته باشید که v به سرعت انتشار منسجم یک اختلال (موج) اشاره دارد ، در حالی که vr m s سرعت ذرات را در جهت های تصادفی توصیف می کند. بنابراین منطقی است که سرعت صدا در هوا و گازهای دیگر باید به ریشه مربع دما بستگی داشته باشد. گرچه قابل اغماض نیست ، اما این وابستگی شدیدی نیست. در 0 درجه سانتیگراد ، سرعت صدا 331 متر بر ثانیه است ، در حالی که در 20.0 درجه سانتیگراد ، 343 متر بر ثانیه است ، کمتر از 4 درصد افزایش. شکل 17.3 3 نشان می دهد که چگونه یک خفاش از سرعت صدا برای احساس فاصله استفاده می کند.همانطور که قبلاً گفته شد ، سرعت صدا در یک رسانه به محیط و حالت رسانه بستگی دارد. استخراج معادله سرعت صوت در هوا با سرعت جریان جرم و معادله پیوستگی مورد بحث در مکانیک سیالات آغاز می شود . جریان سیال را از طریق لوله ای با سطح مقطع در نظر بگیرید $ m = \rho V = \rho Ax.$ که معادله دیفرانسیل اون $ \frac{dm}{dt} = \frac{d}{dt} (\rho V) = \frac{d}{dt} (\rho Ax) = \rho A \frac{dx}{dt} = \rho Av \ldotp$ میشه
موج صوتی را در حال حرکت در هوا در نظر بگیرید. در طی فرآیند فشرده سازی و انبساط گاز ، هیچ گرمی از سیستم اضافه یا خارج نمی شود. فرایندی که گرما به سیستم اضافه یا خارج نشود به عنوان سیستم آدیاباتیک شناخته می شود. فرآیندهای آدیاباتیک
هنگامی که یک گاز ایده آل به صورت آدیاباتیک فشرده می شود. که برای یک فرایند آدیاباتیک ، پVγ= ثابت ، جایی که پ فشار است ، V حجم و گاما ( γ ) یک ثابت است که به گاز بستگی دارد. برای هوا ، γ = 40/1 چگالی برابر است با تعداد مولهای برابر جرم مولی تقسیم بر حجم ، بنابراین حجم برابر با V است n مρ . تعداد مول و جرم مولی ثابت است و می تواند به مقدار ثابت p جذب شود (1ρ)γ = ثابت با استفاده از لگاریتم طبیعی هر دو طرف ، ln p حاصل می شود - γ لوگاریتم ρ = ثابت با توجه به تراکم با اختلاف ، معادله می شود v =γR Tم-----√.(17.3.14)
توجه داشته باشید که سرعت در دماهای بالاتر سریعتر و برای گازهای سنگین تر کندتر است. برای هوا ، γ = 1.4 ، M = 0.02897 kg / mol و R = 8.31 J / mol • K. اگر دما T C = 20 درجه سانتی گراد باشد (T = 293 K) ، سرعت صدا v = 343 m / s است. معادله سرعت صدا در هوا $\sqrt{\frac{\gamma RT}{M}} $ برای ارائه معادله سرعت صدا در هوا به عنوان تابعی از دمای مطلق می توان ساده کرد
در یک جامد ، سختی غیر صفر وجود دارد هم برای تغییر شکل های حجمی و هم برای تغییر شکل های برشی. از این رو ، تولید امواج صوتی با سرعت های مختلف وابسته به حالت تغییر شکل امکان پذیر است. امواج صوتی ایجاد کننده تغییر شکل های حجمی (فشرده سازی) و تغییر شکل های برشی (برشی) را به ترتیب امواج فشار (امواج طولی) و امواج برشی (امواج عرضی) می نامند. در زمین لرزه ها به ترتیب به امواج لرزه ای مربوطه امواج P (امواج اولیه) و امواج S (امواج ثانویه) گفته می شود. سرعت صوت این دو نوع امواج که در یک جامد 3 بعدی همگن انتشار می یابند . توجه داشته باشید که سرعت امواج فشار هم به فشار و هم به مقاومت برشی ماده بستگی دارد ، رعت صوت در مایعات متناسب با جذر ضریب بی درروی حجمیسرعت صوت در مایعات و جامدات است و همچنین سرعت صوت رابطه معكوس با جذر چگالی سرعت صوت در مایعات و جامدات دارد. كه مایعات و گازها تحت كشش و رانش حجم ‌شان به مقدار جزئی تغییر می ‌كند. مقدار نسبی این تغییرات با ضریب B تعیین می ‌شود. در آنجا فرض كردیم كه با كشش و رانش مایعات و جامدات، دمای آن ها تغییر نمی ‌كند. در حقیقت بر اثر اعمال نیرو مایع و جامد تحت فرآیند هم دما قرار می ‌گیرند. در حین عبور موج صوتی، تراكم و انبساط به ‌وجود آمده در هوا فرآیندهای بی ‌دررو هستند. بنابراین در رابطه فوق ضریب بی ‌درروی حجمی سرعت صوت در مایعات و جامدات بكار رفته ‌است.البته از نظر فرمول ریاضی پیچیده هست .تصویر

Ali se

نام: علی س

عضویت : دوشنبه ۱۳۹۸/۱۲/۱۲ - ۱۷:۰۸


پست: 8



Re: تندی انتشار صوت

پست توسط Ali se »

خیلی ممنون، فقط نمیشه به زبان ساده توضیح بدید

ارسال پست