سرعة الصوت في الهواء الساخن والبارد

سرعة الصوت في الهواء الساخن والبارد، يختلف الصوت وسرعته على حسب التأثيرات، التي يتعرض لها منذ خروجه من الاهتزازات الخارجة من الجزيئات الموجودة بالمادة، عبر انتقاله من خلال الهواء والأجسام حتى يصل إلى الأذن.

وتختلف سرعة الضوء عند مرورها بالهواء عن مرورها بالمواد الصلبة وعن مرور بالهيليوم، لذا سوف نشرح سرعة الصوت في الهواء الساخن والبارد من خلال موقع مقال.

علم الصوت

يعتبر الصوت عبارة عن موجات طولية وعرضية، وتكون هذه الموجات، بمثابة حامل للطاقة الناتجة من اضطرابات داخلية لشيء ما بشرط أن يكون اتجاهها عمودياً بنفس الاتجاه الذي يقوم بنقل الطاقة.

وقد تم تسمية العلم الخاص بدراسة الصوت وكيف صدر ومن أين على وما الذي يؤثر به بنفس اسمه.

حيث سُمي “علم الصوت” وقد تشعب علم الصوت ودخل في عدة علوم أخرى مثل:

• الدراسة الخاصة بالآلات الموسيقية.
• علم أعماق البحار.
• الحد من الضوضاء.
• علم الكب في مجال دراسة الموجات فوق الصوتية.

شاهد أيضًا: سرعة الضوء التقريبية

كيف يصل الصوت إلى الأذن؟

للصوت تعريف آخر حيث يعتبر هو اهتزاز الموجات في كل زمان ومكان حيث تهتز تلك الموجات تصاعدياً وتنازلياً لفترة زمنية معينة.

وذلك عند انتقالها عبر عدة وسائط مثل الماء أو الهواء أو عبر الأجسام الصلبة، حتى يصل إلى طبلة الأذن.

فتقوم تلك الموجات بعمل اهتزازات بها لترسل إشارات للدماغ، فيقوم الدماغ بترجمتها إلى أصوات.

سرعة الصوت في الهواء

يقوم الصوت بالانتقال في الغازات الموجودة بالهواء من خلال جعل الجزيئات الموجودة بالغاز تصدم ببعضها.

وبسبب وجود أنواع كثيرة للغازات أصبح قام العلماء بوضع ما يسمى بالثابت المعين الذي يقوم بالتعبير عن كل نوع من أنواع الغاز.

ويكون قياسه بالوحدة الآتية “م2 / ث2 / كلفن”، وقاموا بوضع تقدير محدد له ويكون خاصاً فقط للهواء، ويصل إلى 286.

المعادلات الخاصة بسرعة الصوت

قامت ناسا بوضع قانون خاص بسرعة الصوت وهو:

سرعة الصوت في الهواء = الجذر التربيعي لكل من (معامل ثابت الاعتلاج × ثابت الغاز × درجة الحرارة المطلقة).

وقد قام العلماء بتقدير ثابت الاعتلاج الخاص بالهواء في درجة الحرارة المثالية ب 1.4.

وقاموا بقياس درجة الحرارة المطلقة بما يسمى وحدة الكلفن.

وذلك من خلال هذه المعادلة “درجات هذه الحرارة المئوية + 273.15 “.

يتم قياس الصوت في الهواء في درجة الحرارة الباردة التي تصل إلى صفر مئوية 332 م/ث كالآتي:

سرعة الصوت بالهواء = 331.4 + 0.6 × درجة الحرارة بالهواء ( تتم قياسها بالسليسيوس ).

قياس سرعة تردد الصوت من خلال معرفة تردد الموجة وطولها كالآتي:

سرعة الموجة = التردد × الطول الموجي

لذلك تكون سرعة الصوت أسرع عندما تكون درجة الحرارة مرتفعة بالهواء، وتنخفض عند انخفاض درجة حرارة الهواء.

حيث تصل سرعة الصوت 1225 كم/ الساعة عندما تكون درجة حرارة الهواء 15م.

أمثلة على حساب سرعة الصوت

نجد سرعة الصوت في درجة حرارة 3 درجة مئوية

الحل: تكون سرعة الصوت في درجة حرارة 3م تبعاً لمعادلة سرعة الصوت كالآتي:

331.4 + 0.6 × 3 = 333.2 م/ث

نجد سرعة الصوت في درجة حرارة 38 درجة مئوية

الحل: تكون سرعة الصوت عندما يكون في درجة حرارة للهواء 38م على حسب قانون سرعة الصوت كالآتي:

331.4 + 0.6 × 38 = 354.2 م/ث

نجد درجة حرارة الهواء عند صدور الصوت بتردد 15000 وطول موجي 0.023 هيرتز

الحل : لحساب درجة حرارة الهواء من خلال تردد صدور الصوت الذي يكون 15000 هيرتز و 0.023 متر.

وهو قياس الطول الموجي للصوت، فنقوم بتطبيق قانون سرعة الموجة حتى نحصل على النتيجة كالآتي:

نجد أولاً سرعة الصوت

15000 × 0.023 = 345 م/ث

لتكون سرعة الصوت 345 م/ث

نجد درجة الحرارة

تكون المعادلة الأصلية كالآتي:

سرعة الصوت 345 م/ث = 331.4 + 0.6 × درجة الحرارة.

لذا عندما تكون درجة الحرارة هي المراد معرفتها نقوم بعدة خطوات وهي :

نقوم بطرح العامل الثابت وهو 331.4 من سرعة الضوء وهي 345 ليكون الناتج 13.6 ليكون شكل المعتدلة الجديد هو :

13.6 = 0.6 × درجة الحرارة

نقوم بقسمة المعادلة بطرفيها على 0.6 لنجد درجة الحرارة وتكون 22.67 درجة مئوية.

العوامل المؤثرة على سرعة الموجة الصوتية بالهواء

تأثير تغيير الضغط على سرعة الصوت

يقوم التغيير بالضغط في الهواء بالتأثير على سرعة الصوت، وذلك إن كانوا في درجة حرارة مستقرة.

تابع أيضًا: الموجات فوق الصوتية في الطب

تأثير درجة حرارة الهواء على سرعة الصوت

حيث تتناسب سرعة الصوت في أي نوع من الغاز تناسباً طردياً، مع الجذر التربيعي لدرجة حرارة الغاز المطلقة.

وبذلك يصل حجم الزيادة في سرعة الصوت إلى ( 0.61 م/ث )، عندما ترتفع الحرارة بمقدرة درجة مئوية واحدة.

تأثير التغيير في الرطوبة على سرعة الصوت

تسير الرطوبة وسرعة الصوت بخطين متساويان في السرعة ومتوازيان فكلما زادت الرطوبة بالهواء زادت سرعة الصوت.

حيث أن الرطوبة تقوم بتقليل كثافة الهواء بالجو.

تأثير وجود الرياح في الهواء على الصوت

تزداد سرعة الصوت إذا كانت الرياح تسير بالاتجاه المعاكس للصوت أو إذا كانت الرياح تسير بزاوية أقل من °90.

وتنخفض سرعة الصوت إذا كانت الرياح تسير بالاتجاه المعاكس لسرعة الصوت أو كانت تسير بزاوية منفرجة.

ولا تتأثر سرعة الضوء إذا كانت الرياح تسير بشكل عمودي على نفس اتجاه الصوت، وعدم تأثر سرعة الصوت بالتردد أو الطول الموجي.

وذلك لأن سرعة الصوت بالهواء لا تعتمد على التردد ونرمز له بالحرف f، ولا تعتمد على الطول الموجي وذلك لأن c = f = contact

تأثير سعة الصوت على سرعة الصوت، وذلك حيث أن سرعة الصوت ذي الأحجام السريعة.

فقد تكون سرعة صوتها ثابتة أما سرعة الصوت ذات الأحجام الكبيرة، تكون سرعتها أكبر من السرعة الطبيعية.

 تأثير درجة حرارة الهواء على سرعة الصوت

كما قلنا سابقاً تتناسب سرعة الصوت في أي نوع غاز طردياً مع الجذر التربيعي لدرجة حرارة هذا الغاز.

وقمنا بتوضيح مقدار الزيادة في سرعة الضوء عند ارتفاع الحرارة لدرجة مئوية.

كما تكون المعادلة العامة للغاز كالآتي: pv = nRt

أما في حالة إن كان الغاز مثاليًا تكون كالآتي:

Pv = m / M R T

N = m/ M

وذلك لأن P = m / V R T / M

P = ? RT/ M عدد المولات = n

P = ?RT / M العامل الثابت للغاز = R

C = ? ( ?P/? ) درجة الحرارة المطلقة = T

C = ? ( ?RT/M ) كتلة الغاز = m

C = K?T الوزن الجزئي = M

مع العلم بأن كل من ( M, R, ؟ ) تعتبر ثوابت في المعادلات.

سرعة الصوت في الهواء الساخن والبارد

كما تكون سرعة الصوت في الهواء الساخن أكبر منها في الهواء البارد، وذلك لأن جزيئات الهواء تتحرك بشكل أسرع.

وبالتالي يمكن أن تنتقل اهتزازات الموجة الصوتية بشكل أسرع هذا يعني أنه عندما ينتقل الصوت من الهواء الساخن إلى الهواء البارد أو من الهواء البارد إلى الهواء الساخن.

أيضًا فإنه سينكسر يمكنك ملاحظة ذلك في يوم حار أو ليلة باردة، ففي يوم حار يكون الهواء القريب من الأرض ساخنًا.

لذا تنحني الموجة الصوتية لأعلى من الهواء الساخن إلى الهواء البارد شكل 1.

أيضًا في ليلة باردة يكون الهواء بالقرب من الأرض باردًا، وبالتالي تنحني الموجة الصوتية إلى أسفل هذا هو السبب في أنه يمكنك أحيانًا سماع الأصوات من مسافة بعيدة، إذا كان هواء الليل باردًا شكل 2.

اخترنا لك: الموجات الصوتية واستخداماتها في الزراعة

كانت هذه نبذة عن سرعة الصوت في الهواء الساخن والبارد حيث يمكنك التعرف على سرعة الصوت في الهواء وكيف يصل الصوت إلى الأذن، وما هي العوامل المؤثرة على وصول الصوت للأذن.