Avrete probabilmente notato che durante un temporale, la prima cosa che si vede è un lampo di luce, seguito dal suono del fulmine. Questo è dovuto alla velocità del suono . Gli scienziati hanno scoperto la velocità massima alla quale il suono può viaggiare nell'aria. Questo è molto importante in fisica. Potete approfondire questo fenomeno nell'articolo " Tutto quello che c'è da sapere sui fulmini ".
Per questo motivo dedicheremo questo articolo a raccontarvi tutto ciò che c'è da sapere sulla velocità del suono e su come si propaga.
Velocità del suono
La velocità di propagazione di un'onda sonora dipende dalle caratteristiche del mezzo attraverso cui si propaga, non dalle caratteristiche dell'onda stessa o dalla forza che la produce. Questa velocità di propagazione del suono è anche chiamata velocità del suono. Nell'atmosfera terrestre, a una temperatura di 20 °C, la velocità del suono è di 343 metri al secondo. La velocità del suono varia a seconda del mezzo attraverso cui si propaga, e comprendere come si propaga ci aiuta a capire meglio alcune caratteristiche del mezzo stesso. Quando la temperatura del mezzo di propagazione cambia, cambia anche la velocità del suono. Questo perché un aumento della temperatura porta a un aumento della frequenza delle interazioni tra le particelle che trasportano le vibrazioni, con conseguente aumento della velocità dell'onda.
In generale, la velocità del suono nei solidi è maggiore che nei liquidi, e la velocità del suono nei liquidi è maggiore che nei gas. Questo perché maggiore è la quantità di materia solida, maggiore è il grado di coesione dei legami atomici, il che favorisce la propagazione delle onde sonore. Se desideri approfondire l'argomento, consulta il nostro articolo sulla barriera del suono.
La velocità di propagazione del suono dipende principalmente dall'elasticità del mezzo attraverso cui si propaga. L'elasticità si riferisce alla capacità di un oggetto di ritornare alla sua forma originale.
Cos'è il suono?
Il suono è un'onda di pressione che si propaga nell'aria per compressione e depressione. Il suono che percepiamo intorno a noi è semplicemente energia generata da vibrazioni che si propagano nell'aria o in qualsiasi altro mezzo e che può essere ricevuta e udita quando raggiunge l'orecchio umano. Sappiamo che il suono si propaga sotto forma di onde.
Le onde sono perturbazioni vibrazionali in un mezzo che trasferiscono energia da un punto all'altro senza contatto diretto tra di essi. Possiamo affermare che un'onda è prodotta dalla vibrazione delle particelle del mezzo attraverso cui si propaga; ovvero, il processo di propagazione corrisponde allo spostamento longitudinale (nella direzione di propagazione) delle molecole d'aria. L'area di massimo spostamento si verifica dove l'ampiezza della variazione di pressione è zero, e viceversa.
Il suono in un altoparlante
L'aria in un tubo con un altoparlante a un'estremità e un'estremità chiusa all'altra vibra a onde. È statica longitudinalmente. I modi naturali di vibrazione dei tubi con queste caratteristiche corrispondono a un'onda sinusoidale, la cui lunghezza d'onda è tale che esiste un punto di ampiezza nulla. Il nodo di fuga si trova all'estremità dell'altoparlante e all'estremità chiusa del tubo, poiché l'aria non può muoversi liberamente a causa, rispettivamente, dell'altoparlante e del tappo terminale del tubo. In questi nodi, si ha una variazione di pressione massima, un antinodo, dell'onda stazionaria.
Velocità del suono in diversi media
La velocità del suono varia a seconda del mezzo attraverso cui si propaga l'onda sonora. Cambia anche con la temperatura del mezzo. Questo perché un aumento della temperatura provoca un aumento della frequenza delle interazioni tra le particelle che trasportano le vibrazioni, e un aumento di questa attività aumenta la velocità. Questo fenomeno è direttamente correlato alla propagazione del suono nello spazio.
Ad esempio, il suono può percorrere lunghe distanze nella neve. Ciò è dovuto alla rifrazione sotto la neve, che non è un mezzo omogeneo. Ogni strato di neve ha una temperatura diversa . Gli strati più profondi, dove la luce solare non può arrivare, sono più freddi della superficie. In questi strati più freddi vicino al suolo, la velocità di propagazione del suono è inferiore.
In generale, la velocità del suono è maggiore nei solidi che nei liquidi, e maggiore nei liquidi che nei gas. Questo perché maggiore è la coesione dei legami atomici o molecolari, più forte è la sostanza. La velocità del suono nell'aria (a una temperatura di 20 °C) è di 343,2 m/s.
Vediamo la velocità del suono in alcuni media:
- In aria, a 0°C, il suono viaggia ad una velocità di 331 m/s (per ogni grado Celsius la temperatura sale, la velocità del suono aumenta di 0,6 m/s).
- In acqua (a 25 ° C) è 1593 m / s.
- Nei tessuti è 1540 m/s.
- In legno è 3700 m/s.
- In cemento è 4000 m / s.
- In acciaio è di 6100 m/s.
- In alluminio è 6400 m/s.
- Nel cadmio è 12400 m / s.
La velocità di propagazione delle onde di pressione è molto importante nello studio della risonanza nel collettore di un motore a pistoni e dipende dalle caratteristiche dell'ambiente. Ad esempio, per i gas, la miscela vaporizzata nel collettore di aspirazione o i gas combusti nel collettore di scarico dipendono dalla loro densità e pressione. Esiste un'importante relazione tra la velocità del suono e il gradiente di pressione.
Tipi di onde che si propagano
Esistono due tipi di onde: onde longitudinali e onde trasversali.
- Onda longitudinale: Onda in cui le particelle di un mezzo vibrano da un lato all'altro nella stessa direzione dell'onda. Il mezzo può essere solido, liquido o gassoso. Pertanto, le onde sonore sono onde longitudinali.
- Onda trasversale: Onda in cui le particelle nel mezzo vibrano su e giù "ad angolo retto" rispetto alla direzione di movimento dell'onda. Queste onde compaiono solo nei solidi e nei liquidi, non nei gas.
Ma ricorda che le onde viaggiano in tutte le direzioni, quindi è più facile pensare che passino attraverso una sfera.
Spero che con queste informazioni possiate saperne di più sulla velocità del suono e sulle sue caratteristiche.