что быстрее звук или ветер
Что быстрее всего на свете — звук или свет?
Человек за час неспешной ходьбы преодолевает 4 км. Скорость ветра — 35-70 км/ч, космической ракеты — 8 км/с. Земля, вращаясь вокруг Солнца, только за одну секунду проходит 30 км. Быстрым движением считается то, которое мы перестаем улавливать на близком расстоянии. Пример: летящие пули, снаряды. Но что быстрее всего на свете? Статья будет ответом на этот вопрос.
Как измеряли скорость света
Людей всегда интересовало, что быстрее всего на свете. Многие ученые пытались выяснить, распространяется ли свет мгновенно или с задержкой, но сделать это впервые удалось датчанину О. Ремеру. В 1676 г астроном наблюдал за движением спутника Юпитера и заметил, что он периодически опаздывает. То, что расстояние между Землей и и этим газовым гигантом меняется, было закономерно: в момент каждого нового наблюдения наша планета смещалась по орбите.
Вам будет интересно: «Чушь» — это о недоверии
Как измеряли скорость звука
Через 50 лет Исаак Ньютон рассчитал скорость звуковой волны. Оказалось, что его теоретический результат и результат эксперимента Мерсенна очень сильно отличаются. Лишь в 1808 г француз Пуассон пришел к выводу, что величина, полученная Ньютоном, верна только для постоянной температуры воздуха, чего в обычных условиях добиться невозможно.
В 1822 г опыты группы французских ученых подтвердили догадки. Вывод был таков: скорость звука зависит от температуры, чем она выше, тем быстрее распространяется звуковая волна.
Звук или свет — что быстрее?
При нулевой температуре воздуха скорость звука составляет 331 м/с. При 20° С — 344 м/с. Звуковая волна распространяется не только в воздухе, но и в жидкостях, твердых телах. Известно, что чем больше вещество сопротивляется сжатию, тем лучше проводит звук. Так, скорость звука в воде — 1484 м/с. Металлы, например, алюминий, сталь, железо, проводят звук со скоростью 5000-6000 м/с, а сапфир — со скоростью 11400 м/с.
Полученная Ремером величина скорости света слегка корректировалась, и не раз, потому что со временем менялись методы измерений, расчетов. Свет проходит расстояние в 150 млн км за 8 минут. Его скорость немного меньше 300 тыс. км/с, но для удобства вычислений величину принято округлять.
Сегодня науке доподлинно известно: свет — это то, что быстрее всего на свете. Иными словами, эти частицы двигаются быстрее всех.
Может ли ветер двигаться быстрее скорости звука?
Единственным ограничением объемного движения объектов с массой является универсальный предел скорости света в вакууме
Да, ветер может двигаться быстрее, чем скорость звука. Ветер — это просто объемное движение массы воздуха в пространстве и в принципе ничем не отличается от мчащегося поезда или кометы, проносящейся в космическом пространстве.
Единственным ограничением объемного движения объектов с массой является универсальный предел скорости света в вакууме. Скорость звука не является фундаментальной скоростью, как скорость света. Скорость звука просто описывает, как быстро звуковая волна проходит через материал.
Различные материалы имеют разную скорость звука. Скорость ветра и скорость звука — совершенно разные вещи. Скорость ветра — это скорость определенного объема воздуха, движущегося относительно неподвижного внешнего наблюдателя.
С другой стороны, скорость звука — это скорость колебательной волны внутри материала относительно этого материала и, следовательно, не зависит от наблюдателя. Если вы правильно выберете свою систему отсчета, вы можете получить ветер, движущийся почти со скоростью света. Например, воздух в вашей гостиной, который неподвижен относительно вас и земли, — это также ветер, движущийся с невероятной скоростью относительно центра нашей галактики.
Воздух на Международной космической станции движется примерно в 20 раз быстрее звука относительно Земли, и все же космонавты на космической станции могут прекрасно разговаривать и передавать звук туда и обратно по этому воздуху. С учетом сказанного, большие порывы ветра на поверхности земли обычно не распространяются так быстро, как звук.
Ветер, дующий быстрее скорости звука, ударяя по неподвижным деревьям и домам, создавал бы звуковые удары. Но если бы были действительно сильные, продолжительные, вызванные непогодой ветры, которые двигались бы быстрее, чем скорость звука относительно земли, звуковые удары были бы не самыми опасными последствиями.
Скорость звука в воздухе составляет около 340 м/с. Постоянной скорости ветра выше 150 километров в час (более 43 м/с) достаточно, чтобы выкорчевывать деревья, сносить легкие здания и переворачивать машины.
Ученые определили верхний предел скорости звука во Вселенной
Специальная теория относительности Эйнштейна (СТО) устанавливает абсолютный предел скорости, с которой может двигаться волна – скорость света в вакууме составляет примерно 300 000 км в секунду. Однако до сих пор не было известно, имеют ли звуковые волны верхний предел скорости при прохождении через твердые тела или жидкости. Недавно британским и российским ученым удалось выяснить, как определить верхний предел скорости звуковых волн, зависящих от центральных констант – общих параметров, с помощью которых мы постигаем таинственную физику нашей Вселенной. Это ограничение скорости, как показали результаты исследования, опубликованного в журнале Science Improvements, составляет 36 километров в секунду, что примерно вдвое больше скорости звука, проходящего через самый твердый драгоценный материал на Земле – алмаз.
Скорость звука – скорость распространения в среде упругих волн.
Как распространяются световые и звуковые волны?
Итак, верхний предел скорости звука, согласно новым расчетам, составляет 36 километров в секунду, что примерно в два раза превышает скорость передачи звука через алмаз. Звук и свет путешествуют как волны, но ведут себя немного по-разному. Так, скорость звука определяется упругостью и плотностью среды, в газах и жидкостях она меньше, в твердых телах — больше. А вот в вакууме звуковые волны распространяться не могут, так как там нечему колебаться.
Видимый свет – это разновидность электромагнитного излучения, названного так главным образом потому, что световые волны состоят из колеблющихся электрических и магнитных полей. Эти поля генерируют самоподдерживающуюся электромагнитную волну, которая может перемещаться в вакууме – и ее основная скорость составляет около трехсот тысяч километров в секунду. А вот путешествие через среду, такую как вода или атмосфера, замедляет ее.
Представьте себе механическую волну, которая вызвана вибрацией в среде. Когда волна проходит через среду, молекулы этой среды сталкиваются друг с другом, передавая энергию по ходу движения. Следовательно, чем жестче среда и чем сложнее ее сжать – тем быстрее распространяется звук. В жестком надежном материале, как алмаз, звук может путешествовать еще быстрее.
Если приложить ухо к рельсам, вы услышите звук приближающегося поезда быстрее, чем по воздуху.
В жидкостях, в том числе в воде, звук мчится в 4 с лишним раза быстрее, чем в воздухе.
Авторы нового исследования отмечают, что сейсмологи, например, используют звуковые волны, вызванные землетрясениями глубоко в недрах земли, чтобы понять характер сейсмических событий и внутреннее строение земли. Они также представляют интерес для материаловедов, потому что определяют упругие свойства материалов, их способность противостоять нагрузкам. Все вышеперечисленное означает, что существует определенная проблема с тем, чтобы установить ограничение скорости звука во Вселенной. Так как же исследователям это удалось?
Чтобы всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram.
Ограничение скорости звука
Чтобы оценить ограничение скорости звука, группа исследователей из Лондонского университета Королевы Марии, Кембриджского университета и Института физики высоких давлений в Троицке обнаружила, что ограничение скорости звука зависит от двух фундаментальных констант: постоянной тонкой структуры (фундаментальной физической постоянной, характеризующей силу электромагнитного взаимодействия) и отношения масс протона и электрона (одна из важных физических констант, известна с большой точностью — 1836,152672.).
Авторы исследования надеются, что полученные результаты будут иметь дальнейшее научное применение.
Исследователи предположили, что темп звука уменьшается с увеличением массы атома. Проверив это предположение на широком спектре разнообразных материалов, ученые пришли к выводу о том, что звук должен передаваться быстрее всего через твердый атомарный водород, который может существовать только при очень высоком давлении, например, в ядрах газовых гигантов, таких как Юпитер и Сатурн (давление на самых больших планетах Солнечной системы превышает один миллион атмосфер). Находясь в твердом состоянии атомарный водород представляет собой металл со сверхпроводниковыми свойствами. После проведения сложных квантово-механических расчетов исследователи определили что в твердом атомарном водороде скорость звука ближе всего к теоретическому пределу.
Издание Science Alert приводит слова одного из авторов исследования физика Константин Траченко (Kostya Trachenko) из Лондонского университета Королевы Марии:
Мы надеемся, что результаты научной работы получат дальнейшее применение в науке, что поможет исследователям найти и понять предельные значения различных свойств, например вязкость и теплопроводность, которые относятся к высокотемпературной сверхпроводимости, кварк-глюонной плазме и физике черных дыр.
Звук (звуковые волны). Скорость звука.
Для распространения звука необходима упругая среда. В вакууме звуковые волны распространяться не могут, так как там нечему колебаться. В этом можно убедиться на простом опыте. Если поместить под стеклянный колокол электрический звонок, то по мере выкачивания из-под колокола воздуха звук от звонка будет становиться все слабее и слабее, пока не прекратится совсем.
Известно, что во время грозы мы видим вспышку молнии и лишь через некоторое время слышим раскаты грома. Это запаздывание возникает из-за того, что скорость звука в воздухе значительно меньше скорости света, идущего от молнии.
Скорость звука в воздухе впервые была измерена в 1636 г. французским ученым М. Мерсенном. При температуре 20 °С она равна 343 м/с, т. е. 1235 км/ч. Заметим, что именно до такого значения уменьшается на расстоянии 800 м скорость пули, вылетевшей из автомата Калашникова. Начальная скорость пули 825 м/с, что значительно превышает скорость звука в воздухе. Поэтому человек, услышавший звук выстрела или свист пули, может не беспокоиться: эта пуля его уже миновала. Пуля обгоняет звук выстрела и достигает своей жертвы до того, как приходит этот звук.
Скорость звука в газах зависит от температуры среды: с увеличением температуры воздуха она возрастает, а с уменьшением — убывает. При 0 °С скорость звука в воздухе составляет 332 м/с.
В разных газах звук распространяется с разной скоростью. Чем больше масса молекул газа, тем меньше скорость звука в нем. Так, при температуре 0 °С скорость звука в водороде составляет 1284 м/с, в гелии — 965 м/с, а в кислороде — 316 м/с.
Скорость звука в твердых телах больше, чем в жидкостях и газах. Если приложить ухо к рельсу, то после удара по другому концу рельса слышно два звука. Один из них достигает уха по рельсу, другой — по воздуху.
Хорошей проводимостью звука обладает земля. Поэтому в старые времена при осаде в крепостных стенах помещали «слухачей», которые по звуку, передаваемому землей, могли определить, ведет ли враг подкоп к стенам или нет. Прикладывая ухо к земле, также следили за приближением вражеской конницы.
Твердые тела хорошо проводят звук. Благодаря этому люди, потерявшие слух, иной раз способны танцевать под музыку, которая доходит до слуховых нервов не через воздух и наружное ухо, а через пол и кости.
Скорость звука можно определить, зная длину волны и частоту (или период) колебаний:
Мы редко задумываемся о природе привычных нам вещей. Между прочим, это может оказаться очень интересно. Поговорим о том, что такое свет и звук, рассмотрим их природу и приведем несколько интересных фактов про звук и свет.
Что такое свет? Свет – это электромагнитное излучение, длины волн которого лежат в диапазоне от 380 до 760 нанометров. Именно этот диапазон волн воспринимается нашими глазами как видимый свет. Так, волна определенной длины, отражаясь от предмета, попадает на сетчатку глаза, и мы решаем, что этот предмет, например, желтого цвета. Самой короткой длине волны соответствует фиолетовый свет, а самой длинной – красный. Тут вспоминается детская шпаргалка для запоминания цветов радуги: каждый (красный) охотник (оранжевый) желает (желтый) знать (зеленый) и так далее. Ниже приведем спектр электромагнитного излучения с указанием длин волн.
Спектр
Скорость света
Скорость света – самая большая из возможных в мире скоростей. В вакууме она составляет 300 000 километров в секунду. Например, чтобы добраться от Солнца до Земли, свету нужно около 8 минут. Так что мы никогда не видим Солнце таким, какое оно есть именно в данный момент. Это всегда Солнце 8 минутназад. Собственно, так со всеми предметами. То есть по факту мы всегда видим прошлое.
Свет
свет в любых системах отсчета движется относительно других тел с одинаковой скоростью независимо от того, как движутся сами тела
Это один из основных постулатов Теории Относительности.
Скорость света изменяется в зависимости от среды, в которой свет распространяется. Более того, свет даже не всегда распространяется прямолинейно. Например, вблизи массивной черной дыры фотоны испытывают такое сильное притяжение, что траектория сначала из прямой линии превращается в дугу, а затем и в окружность. Так, свет вращается вокруг черной дыры подобно спутнику, который вращается вокруг Земли по орбите.
У черной дыры
Что такое звук? Это тоже волна, но не электромагнитная, а вполне себе механическая упругая волна. Колеблются частицы среды (воздух, вода, твердое тело), и это колебание воспринимается барабанной перепонкой человеческих ушей. Частота звуков, которые слышат люди, лежит в диапазоне от 16 герц до 20 килогерц. Опять же, звуки ниже слышимого диапазона называются инфразвуком, а выше – ультразвуком.
То, что мы не слышим звук выше или ниже нашего предела восприятия, не значит, что его не слышат другие существа. Например, киты, летучие мыши, птицы и рыбы используют ультразвуковую эхолокацию для общения и навигации. Так, синие киты могут слышать друг друга на расстоянии до 30 километров.
Различают шумы и музыкальные звуки. Шумы обладают сплошным спектром, а музыкальные состоят из гармоник – колебаний определенной частоты.
Metallica
Скорость звука
Сверхзвуковой самолет
В этой статье мы рассмотрели самые фундаментальные понятия в области природы света и звука, а также коснулись нескольких интересных фактов про свет и звук. Если Вам вдруг понадобится решить задачку по оптике или акустике, вспомните о наших авторах, которые помогут Вам справиться с проблемой максимально быстро и качественно. Напоследок, как всегда, предлагаем Вашему вниманию интересное видео. Удачи и до новых встреч!
Иван Колобков, известный также как Джони. Маркетолог, аналитик и копирайтер компании Zaochnik. Подающий надежды молодой писатель. Питает любовь к физике, раритетным вещам и творчеству Ч. Буковски.