რა არის ხმის სიჩქარე და როგორ აღმოაჩინეს?

რა არის ხმის სიჩქარე და როგორ აღმოაჩინეს?

რა არის ხმის სიჩქარე და როგორ აღმოაჩინეს?

მრავალი წლის განმავლობაში, ფილოსოფოსები კითხულობდნენ: 'თუ ხე ტყეში ვარდება და არავინ არის მის გასაგონად, გამოსცემს თუ არა ხმას?' მეცნიერებმა უპასუხეს ამ კითხვას და გააგრძელეს იმის გარკვევა, თუ რამდენად სწრაფად მოძრაობს ეს ხმა. ამ სიჩქარის გამოთვლა არც ისე მარტივი იყო, როგორც ჩანდა. სინათლის სიჩქარისგან განსხვავებით, ბგერის სიჩქარე არ არის მუდმივი და სხვადასხვა ცვლადი ცვლის მისი სიჩქარის მოძრაობას. მეცნიერებმა გაუძლეს და ახლა ესმით, როგორ მუშაობს ხმა, იქნება ეს სოპრანოს ხმა თუ ხის მიწაზე ჩამოვარდნა.



რა არის ხმა?

მომავალში / Getty Images

ხმა არის ენერგია, რომელიც წარმოიქმნება ვიბრაციებით. როდესაც ობიექტები ვიბრირებენ, ისინი იწვევენ მათ გარშემო არსებული ნაწილაკების ვიბრაციას, რაც თავის მხრივ იწვევს უფრო მეტი ნაწილაკების ვიბრაციას. ეს არის ხმის ტალღა. მაგალითად, თუ ხე მიწაზე დაეცემა, მისი დაშვებით გამოწვეული ვიბრაციები ხმის ტალღას ქმნის. ხმის ტალღები გრძელდება მანამ, სანამ ენერგია არ ამოიწურება და თუ ტალღის დიაპაზონში არის ყურები, მისი მოსმენა ნამდვილად შეიძლება.



რა არის ხმის სიჩქარე?

გრაფიკი

ხმის სიჩქარეზე საუბრისას ადამიანების უმეტესობა გულისხმობს ხმის ტალღების სიჩქარეს ჰაერში. 68 გრადუს ფარენჰეიტის ტემპერატურაზე, მშრალ გარემოში, ხმის სიჩქარე საათში დაახლოებით 767 მილია. სიჩქარე იცვლება სხვადასხვა ტემპერატურაზე და ასევე იცვლება ჰაერში არსებული გაზების მიხედვით.

სიმების კანონი

პითაგორას (პითაგორა) ქანდაკება რომში, იტალია

მე-6 საუკუნეში ფილოსოფოსმა, მათემატიკოსმა და ლირიკოსმა, პითაგორამ, დრო დახარჯა ხმის მუშაობის ხერხის გამოკვლევაში. ლეგენდა ამბობს, რომ მისი მუშაობა ხმაზე შთაგონებული იყო იმით, თუ როგორ ქმნიდა სხვადასხვა ზომის ჩაქუჩები სხვადასხვა ტონებს მჭედლის მაღაზიაში. უფრო სავარაუდოა, რომ მისი ლირას სიმების სიგრძის ექსპერიმენტებმა შთააგონა მისი აღმოჩენა, რომ სიხშირე უკუპროპორციულია სიმის სიგრძეზე. იგი ცნობილია, როგორც სიმების პირველი კანონი და არის ერთ-ერთი პირველი ჩაწერილი ნამუშევარი ხმის ტალღების შესახებ.



სერ ისააკ ნიუტონი

TonyBaggett / Getty Images

სერ ისააკ ნიუტონი იყო პირველი, ვინც გამოაქვეყნა ხმის სიჩქარე. ტრინიტის კოლეჯის კოლონადაში იდგა, ნიუტონმა ტაში დაარტყა და გაზომა რამდენი ხანი დასჭირდა ხმას მის ყურებამდე. თანამედროვე საზომი აღჭურვილობის გარეშე, ის ეყრდნობოდა ქანქარას დროის გასაზომად. მისი მაჩვენებელი, რომელიც გამოქვეყნდა Principia Mathematica-ში, დაახლოებით 15 პროცენტით შემცირდა. ფორმულა ნიუტონმა გააუმჯობესა პიერ-სიმონ ლაპლასმა და ცნობილია როგორც ნიუტონ-ლაპლასის განტოლება.

ხმის სიჩქარის გაზომვა სროლით

გასროლის მარცხნივ მოხვევის საგზაო ნიშანი

1700-იანი წლების დასაწყისში მეუფე უილიამ დურჰემმა ჩაატარა ექსპერიმენტები ხმის სიჩქარის გასაზომად. სანამ ის ტელესკოპით კოშკში იდგა, თანაშემწეებმა ცეცხლსასროლი იარაღიდან ესროდნენ ადგილობრივ ღირშესანიშნაობებს. დურჰემმა დააკვირდა გასროლის ელვარებას და გამოიყენა ქანქარა იმის გასაზომად, თუ რამდენი ხანი დასჭირდა მას ხმის მოსმენას. რადგან მან იცოდა ჩართული დისტანციები, ხმის სიჩქარის გამოთვლა შეიძლებოდა და ითვლება ყველაზე ადრეულ გონივრულად ზუსტ შეფასებად.

ხმის სიჩქარის გაზომვა კუნდტის მილით

პიქსალოტი / გეტის სურათები

ავგუსტ კუნდტმა გამოიგონა კუნდტის მილი 1866 წელს. აპარატი შედგება გამჭვირვალე მილისგან, რომელიც შეიცავს მცირე რაოდენობით წვრილ ფხვნილს. როდესაც ხმა იქმნება მილის ერთ ბოლოში, ფხვნილი მოძრაობს ხმის ტალღებით. იგი წყდება მილში თანაბარი ინტერვალებით, ტალღის სიგრძის მიხედვით. ფხვნილის გროვებს შორის მანძილის გაზომვა ხმის სიჩქარის გამოთვლის საშუალებას იძლევა. კუნდტის მილის სხვადასხვა გაზებით შევსება საშუალებას იძლევა ხმის სიჩქარის გაზომვა სხვადასხვა გარემოში.



ხმის სიჩქარის გაზომვა მიკროფონებით

მიკროფონები სადგამით, ახლოდან

ხმის სიჩქარის გაზომვის ყველაზე მარტივი გზა დღეს არის ორი მიკროფონის გამოყენება. ძირითადი კონცეფცია იგივეა, რაც Durham-ის თოფი, მაგრამ წამზომები და სწრაფი ჩამწერი მოწყობილობები იძლევა უფრო მოკლე მანძილს ხმის წყაროსა და საზომ მოწყობილობას შორის. ხმა ასევე შეიძლება იყოს უფრო რბილი, ვიდრე თოფის აფეთქება.

სიმაღლის ეფექტები

lzf / გეტის სურათები

ტემპერატურა ყველაზე დიდ გავლენას ახდენს ხმის სიჩქარეზე. ნებისმიერ მოცემულ იდეალურ აირში, მუდმივი შემადგენლობით, ხმის სიჩქარე მხოლოდ ტემპერატურაზეა დამოკიდებული. ტემპერატურის ვარდნასთან ერთად ხმა ნელდება, რაც ნიშნავს, რომ ხმის ტალღები უფრო ნელა მოძრაობენ მაღალ სიმაღლეებზე. ამიტომ ხმის საერთო სიჩქარე იზომება ზღვის დონეზე და ეფუძნება კონკრეტულ ტემპერატურას.

ხმა სხვადასხვა ნივთიერებებში

THEPALMER / გეტის სურათები

იმის გამო, რომ ხმა იქმნება ნაწილაკების ვიბრაციით, მასში გადაადგილებისთვის საჭიროა საშუალო. ეს ნიშნავს, რომ არ არის ხმა ვაკუუმში, მაგრამ ასევე ნიშნავს, რომ ხმას შეუძლია ჰაერის გარდა სხვა ნივთიერებებში გადაადგილება. სინამდვილეში, ხმა ყველაზე ნელა მოძრაობს გაზებში. ის ოთხჯერ უფრო სწრაფად მოძრაობს წყალში და 15-ჯერ უფრო სწრაფად რკინით.

ხმის ბარიერის გარღვევა

vtwinpixel / გეტის სურათები

მიუხედავად იმისა, რომ ადრინდელი აერონავტიკის ინჟინრები თვლიდნენ, რომ ხმის სიჩქარე იყო ბარიერი, რომლის გადალახვაც შეუძლებელი იქნებოდა, ადამიანის მიერ შექმნილმა ობიექტებმა ის პირველად გატეხეს საუკუნეების წინ. ხარის მათრახიდან გაჟღენთილი ბზარი არის ხმოვანი ბუმი და ადრეული ტყვიებიც კი ხმის სიჩქარეზე უფრო სწრაფად მოძრაობდნენ. ჩაკ იეგერი გახდა პირველი ადამიანი, ვინც ხმაზე სწრაფად იფრინა დონის ფრენისას 1947 წელს. 2012 წელს ფელიქს ბაუმგარტნერი გახდა პირველი ადამიანი, ვინც ხმაზე სწრაფად იმოგზაურა ავტომობილის გარეშე, როდესაც ის პარაშუტით დაფრინდა 120 000 ფუტიდან.