Можно ли измерить скорость звука?

9 Апр
2015

Конечно, можно, причем без сложной аппаратуры, которой мы пользовались в опыте с горячим шоколадом, измеряя скорость света. Потребуется только очень большое пространство.

Что понадобится:

  • молоток;
  • помощник, умеющий обращаться с молотком;
  • поверхность, выдерживающая удары молотка, предпочтительно резонирующая (стена, лист металла, камень);
  • секундомер (или часы с секундной стрелкой);
  • длинная рулетка или моток шпагата;
  • бинокль;
  • большой сад или открытое пространство, например, на пляже или в парке.

Чтобы изучить свойства звука, приготовьте металлические плечики для одежды, немного бечевки и ложку.

Что делать? Незачем объяснять, что работу с молотком должен выполнять взрослый человек. Попросите помощника каждую секунду бить молотком по твердому предмету. Пусть он смотрит на секундомер, чтобы не сбиваться с ритма. Удаляйтесь от помощника, время от времени оглядываясь. На расстоянии нескольких сотен метров воспользуйтесь биноклем, если понадобится.

Что можно наблюдать? По мере увеличения расстояния между вами и вашим помощником задержка между ударом молотка по твердому предмету и восприятием звука будет увеличиваться. В конце концов она сравняется с промежутками между ударами, а звуки — с ударами молотка.

Что происходит? В воздухе звук распространяется сравнительно медленно, следовательно, на открытом пространстве его скорость можно измерить. В сухом воздухе при температуре +20 °С звук преодолевает за секунду 344 м. Его скорость при разных температурах может меняться, но ненамного, поэтому опыт можно проводить практически в любых условиях.

Когда звуки ударов снова будут совпадать с секундными промежутками, можно приступать к измерению скорости звука. Остановитесь в этом месте и измерьте расстояние между вами и помощником. Вы должны находиться на расстоянии 344 м.

Разумеется, столь протяженные сады встречаются редко, а найти обширное открытое пространство нелегко, если вы живете вдали от морского берега. Кроме того, посторонние шумы будут заглушать удары молотка. В этом случае попросите помощника увеличить частоту ударов — дважды в секунду (в этом случае вы должны отойти на 172 м к тому времени, когда удары опять совпадут с воспринимаемыми звуками) или каждую четверть секунды, если такое возможно (в этом случае вы отойдете на 86 м).

P.S. Скорость звука невелика, поэтому шумы долетают до нас с опозданием даже со сравнительно короткого расстояния, что и подтверждает эксперимент. Всем нам случалось видеть, как кто-нибудь хлопает дверцей автомобиля на расстоянии 100 м или слышать эхо собственного голоса в туннеле или под мостом.

Но в жидких и твердых средах скорость звука заметно увеличивается. Это происходит потому, что передаче звука способствуют соседние атомы или молекулы. Скорость звука зависит от взаимодействия между этими атомами и молекулами, точнее от частоты их столкновений. В воздухе она сравнительно мала, но в морской воде звук распространяется со скоростью 1500 м/с, а в стали — 5100 м/с.

Чтобы убедиться, что скорость звука в твердых и жидких средах возрастает, попробуйте провести следующий опыт. Возьмите треугольные металлические плечики для одежды и привяжите по бечевке к двум противоположным концам. Затем привяжите оставшиеся свободные концы бечевки к указательному пальцу левой руки и к указательному пальцу правой руки соответственно. Поднимите плечики в воздух так, чтобы они болтались крюком вниз на двух бечевках. Попросите помощника постучать по плечикам ложкой. Как и следовало ожидать, вы услышите звенящий звук. А теперь заткните пальцами уши, не отвязывая бечевки, и попросите помощника снова постучать. На этот раз звук будет напоминать колокольный звон, громкость его значительно увеличится. Это происходит потому, что в твердой и жидкой средах вашего организма он распространяется быстрее, чем в воздухе.


 

Комментарии:

наверх