Vlnění a zvuk
Vlnění a zvuk (5/9) · 3:45

Rychlost zvuku Na čem závisí rychlost zvuku? A dokážeme ji změnit?

Pokud necháme reproduktor udělat krátký impulz, vytvoříme tak pulzní vlnu. Pomocí rychlosti pohybu stlačené oblasti prostředím můžeme určit rychlost zvuku. V suchém vzduchu o teplotě asi 20 °C je rychlost zvuku přibližně 343 m/s, což je asi 1234 km/h. Můžeme také vnímat rychlost zvuku jako opakování jednoduché harmonické vlny. Rychlost této vlny může být opět určena pomocí rychlosti, jakou se stlačené regiony pohybují prostředím. Pozor na to, že rychlost zvuku neznamená rychlost, jakou molekuly vzduchu oscilují. Molekuly vzduchu se pohybují určitou rychlostí, ale rychlostí zvuku myslíme rychlost vzruchu při pohybu molekulami vzduchu. Zvukovým vlnám říkáme podélné, protože vlna se šíří paralelně k linii vytvořené oscilací prostředí. Dalším typem vln jsou příčné vlny. Příčné vlny vznikají, když je šíření vlny kolmé na oscilaci prostředí. Vlny na pružině nebo na vodě jsou příkladem příčných vln. Když se podíváme na graf přesunu vzduchu v závislosti na pozici vzduchu, vidíme, že jak se vlna šíří, tvar vlny se pohybuje vpravo. Rychlost zvukových vln lze tedy určit nalezením rychlosti vrcholů nebo rychlosti minim nebo rychlosti libovolného jednotlivého bodu vlny. K nalezení vzorce pro rychlost zvuku se blíže podívejme na to, co se děje. Sledujte jednu z molekul vzduchu. Této molekule trvá přesun tam a zpět v rámci jednoho cyklu právě jednu periodu. V průběhu tohoto času se vlna posune vpřed o jednu vlnovou délku. To proto, že se vlna na konci periody musí překrývat se svým původním tvarem, protože molekula vzduchu se po jedné periodě vrací zpět na své původní místo. Jelikož rychlost je definována jako vzdálenost za čas, pak rychlost zvukové vlny musí být vlnová délka vlny děleno periodou vlny. Jelikož se vlna pohybuje vpřed o jednu vlnovou délku za periodu neboli frekvence je definována jako 1 děleno periodou, můžeme přepsat tento vzorec jako: rychlost je rovná součinu vlnové délky a frekvence. Tento vzorec je přesný pro všechny druhy vln, ne jen pro zvukové vlny, protože vlna se vždy musí pohybovat o jednu vlnovou délku za periodu. Ale opatrně. Při pohledu na tuto rovnici si můžete myslet, že změnou nastavení reproduktoru a zvýšením frekvence budete také zvyšovat rychlost zvukové vlny. Ale to se nestane. Pokud zvýšíte frekvenci, vlnová délka se zkrátí stejným poměrem a rychlost zvuku zůstane nezměněná. Ve skutečnosti nemůžete žádným nastavením reproduktoru zvýšit rychlost zvuku. Tak jak lze tedy změnit rychlost zvuku? Jediným způsobem, jak změnit rychlost zvuku, je změnit prostředí nebo vlastnosti prostředí, skrze které se zvuková vlna pohybuje. Tedy pro změnu rychlosti zvuku můžete změnit teplotu vzduchu nebo vlhkost vzduchu či hustotu vzduchu nebo můžete dokonce vzduch nahradit něčím jiným, například vodou, heliem nebo kovem. Všechny tyto změny prostředí ovlivní rychlost zvuku. Lidé si často myslí, že změna amplitudy změní rychlost zvuku, ale není tomu tak. Pokud vytvoříme vlnu s větší amplitudou, nebude se pohybovat o nic rychleji než zvuk s menší amplitudou. Pouze bude hlasitější. Jinými slovy vám křik nezajistí, že vás někdo uslyší rychleji, pouze uslyší hlasitější zvuk, když k němu zvuková vlna dorazí. Takže si pamatujte: Rychlost zvukové vlny je zcela určena vlastnostmi prostředí, skrz které se pohybuje.
video