Быстрее распространите: какая связь между сменой сезонов и скоростью звука
© Guillaume de Germain/Unsplash
Для начала вспомним, что такое скорость звука. Это скорость распространения упругих волн в среде как в продольных (в газах, жидкостях или твердых телах), так и в поперечных, сдвиговых (в твердых телах).
Первые опыты и теоретические расчеты скорости звука в воздухе предпринимались еще в XVII веке. Потребовалось, правда, двести лет, чтобы вывести окончательную формулу для ее определения. Это удалось французскому ученому Пьер-Симону де Лапласу: именно он вычислил, что скорость звука напрямую зависит от температуры. Так, при 0° этот показатель составляет 331 м/с (1192 км/ч), а при +20° он уже равен 343 м/с (1235 км/ч).
Почему так происходит? Увеличение температуры среды вызывает такое же изменение в частоте взаимодействия между частицами, которые несут колебания. А увеличение этой активности приводит к увеличению скорости звука.
Более того, скорость распространения звуковых волн меняется не только с прогревом/охлаждением воздуха при смене сезонов. На этот показатель еще влияет среда, в которой распространяется звук. Так, в твердых телах он движется быстрее всего. Это легко доказывает эксперимент с рельсами (только не пытайтесь его проделать в реальной жизни). Приложив ухо к рельсу, вы быстрее услышите приближающийся поезд. А если будете стоять на шпалах и прислушиваться к пространству, как Крокодил Гена с Чебурашкой, то о надвигающейся опасности узнаете не скоро. Дело в том, что рельс состоит из твердого металла и звук по нему распространяется быстрее, чем по воздуху.
Даже в разных слоях большого снежного сугроба скорость звука будет разной! Все потому, что каждый слой снега имеет разную температуру. Те области сугроба, что ближе к поверхности Земли, и те, что недоступны Солнцу, меньше прогреваются.
Соответственно, там ниже температура. Поэтому в таких более прохладных слоях скорость распространения звука будет ниже. На втором месте по скорости звука жидкости, а хуже всего звуковые волны разносятся в газах. В жидкостях звук разливается в 4 с лишним раза быстрее, чем в воздухе. Например, при температуре +8° она оказалась равной примерно 1440 м/с. В газах такой параметр, как скорость звука, также зависит от температуры среды.