Кто первым измерил скорость звука

Как измеряли скорость звука

Мысль измерить скорость звука впервые пришла английскому философу Фрэнсису Бэкону. По его совету этим занялся французский ученый Марен Мер-сенн. В 1630 г. он провел наблюдение над выстрелом из мушкета. Расстояние между наблюдателем и мушкетом было поделено на время, прошедшее между вспышкой от выстрела и долетевшим до наблюдателя звуком. Мерсенн нашел, что скорость звука равна 230 туазам в секунду, что соответствует 448 м/с.

Спустя полвека Ньютон вычислил скорость звука теоретически, исходя из упругих свойств воздуха и зависимости удельного объема газа от давления при постоянной температуре, зависимости, выраженной законом Бойля — Мариотта. Эта скорость оказалась немногим более половины скорости, полученной в опыте Мерсенна. Ошибку начали искать в теоретических рассуждениях Ньютона и в опыте Мерсенна.

В 1738 г. Парижская академия наук повторила измерение скорости звука. Опыт был поставлен на холме Монмартр, близ Парижа. Было установлено, что скорость звука равна 171 туазу в секунду, что соответствует 337 м/с. Несовпадение с опытом Мерсенна объяснили тем, что его измерение времени было несовершенным. Однако и результат повторного опыта не соответствовал теоретической формуле Ньютона.

Длина волны в комарином писке в 330 раз короче, чем в мычании быка.

В начале XIX в. выяснилось, что расчет Ньютона был неверен. Ньютон предполагал, что распространение звука происходит в изотермических условиях, т. е. при постоянной температуре. Но в действительности этих условий в звуковой волне нет. Теплопроводность воздуха мала, а расстояние между слоями сжатия и разрежения велико. Избыток тепла из слоя сжатия не успевает перейти в слой разрежения, температура между ними не успевает выровняться. Давление и удельный объем изменяются, следовательно, при изменяющейся температуре. Физические процессы, происходящие без теплообмена с окружающей средой, называются адиабатическими.

В адиабатическом процессе сжимаемый газ нагревается (вспомните, как нагревается велосипедный насос, если быстро накачивать шину), а расширяющийся — охлаждается. Различие между расширениями газа в изотермических и адиабатических условиях позволило французскому ученому Пьеру Лапласу объяснить, почему скорость звука, вычисленная по формуле Ньютона, не совпадает с результатом опыта: колебания звукового давления в воздухе происходят в адиабатических, а не в изотермических условиях, т. е. сопровождаются изменениями не только давления и плотности, но и температуры.

В 1822 г. близ Парижа вновь были поставлены опыты. В них участвовали ученые Ж. Гей-Люссак, Д. Араго, А. Гумбольдт и другие. Результаты опыта совпали с теоретическими вычислениями Лапласа и подтвердили, что скорость звука возрастает с повышением температуры. В сухом воздухе при 0°С она равна 331,5 м/с, а при 20° С — 344 м/с.

Оба колокольчика излучают звуковые волны с одинаковой частотой. Длина волны, больше в той среде, где она распространяется с большей скоростью.

При одной и той же температуре скорость звука больше в том газе, у которого меньше молекулярная масса. При 0° С скорость звука: в водороде — 1284 м/с в гелии — 965 м/с в азоте — 334 м/с в кислороде — 316 м/с В воде, упругость которой больше, чем воздуха, звук распространяется со скоростью примерно 1500 м/с. Упругость твердых тел больше, чем жидкости, и скорость звука в них еще выше: в алюминии скорость звука равна 6400 м/с, в стекле — 4300 м/с, в кристалле сапфира — 11 400 м/с.

Звуки разной частоты распространяются в воздухе с одной и той же скоростью. Если бы это было не так, мы не могли бы, например, слушать музыку в

исполнении оркестра: звуки, созданные разными инструментами, обгоняли бы друг друга и вместо слаженного звучания оркестра мы слышали бы безобразный шум.

Кто и как впервые измерил скорость звука в воздухе?

Пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь для публикации ответа на этот вопрос.

решение вопроса

Связанных вопросов не найдено

Обучайтесь и развивайтесь всесторонне вместе с нами, делитесь знаниями и накопленным опытом, расширяйте границы знаний и ваших умений.

• Все категории
• экономические 43,679
• гуманитарные 33,657
• юридические 17,917
• школьный раздел 612,708
• разное 16,911

Популярное на сайте:

Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.

Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте.

Как быстро и эффективно исправить почерк? Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.

Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью.

• Обратная связь
• Правила сайта

ХЛА́ДНИ ЭРНСТ ФЛОРЕНС ФРИДРИХ

ХЛА́ДНИ (Chladni) Эрнст Фло­ренс Фрид­рих (30.11.1756, Вит­тен­берг – 3.4.1827, Брес­лау), нем. фи­зик, ин. чл. Пе­терб. АН (1794). Окон­чил Лейп­циг­ский ун-т (1782). Осн. тру­ды в об­лас­ти аку­сти­ки. От­крыл в 1787 про­доль­ные ко­ле­ба­ния струн, стерж­ней, пла­стин, ка­мер­то­нов, ко­ло­ко­лов, в 1799 – вра­ща­тель­ные ко­ле­ба­ния стерж­ней. Впер­вые точ­но ис­сле­до­вал ко­ле­ба­ния ка­мер­то­на, ус­та­но­вил (1796) за­ко­ны ко­ле­ба­ния стерж­ней. От­крыл (1787) и опи­сал фи­гу­ры, по­лу­чае­мые вслед­ст­вие ко­ле­ба­ния уп­ру­гой пла­сти­ны, по­сы­пан­ной пес­ком (т. н. фи­гу­ры Хлад­ни). Впер­вые дос­та­точ­но точ­но из­ме­рил ско­рость рас­про­стра­не­ния зву­ка в разл. га­зах. До­ка­зал, что в твёр­дых те­лах звук рас­про­стра­ня­ет­ся не мгно­вен­но, а с ко­неч­ной ско­ро­стью, и оп­ре­де­лил (1796) ско­рость зву­ка в твёр­дых те­лах по от­но­ше­нию к ско­ро­сти зву­ка в воз­ду­хе. Объ­яс­нил эхо; экс­пе­ри­мен­таль­но оп­ре­де­лил верх­ний по­рог слы­ши­мо­сти зву­ка – 22000 Гц. Изо­брёл муз. ин­ст­ру­мен­ты, на­зван­ные им кла­ви­ци­лин­дром и эу­фо­ном. В 1802 опуб­ли­ко­вал труд «Аку­сти­ка», где дал сис­те­ма­тич. из­ло­же­ние аку­сти­ки. Ра­бо­ты по­свя­ще­ны так­же ме­тео­ри­ти­ке; раз­ра­бо­тал тео­рию кос­мич. про­ис­хо­ж­де­ния ме­тео­ри­тов. В 1794 впер­вые пра­виль­но объ­яс­нил про­ис­хо­ж­де­ние т. н. пал­ла­со­ва же­ле­за.

Как измерили скорость звука

Мысль измерить скорость звука впервые пришла английскому философу Фрэнсису Бэ­кону. По его совету этим занялся француз­ский ученый Марен Марсенн. В 1630 г. он про­вел наблюдение над выстрелом из мушкета. Расстояние между наблюдателем и мушкетом было поделено на время, прошедшее между вспышкой от выстрела и долетевшим до наблю­дателя звуком. Марсенн нашел, что скорость звука равна 230 туазам в секунду, что соответ­ствует 448 м/сек.

Спустя полвека английский ученый Исаак Ньютон вычислил скорость звука теоретически, исходя из упругих свойств воздуха и за­висимости объема газа от давления, зависимости, выраженной законом Бойля—Мариотта. Эта скорость оказалась немногим более половины скорости, полученной в опыте Марсенна. Когда теория противоречит опыту, следует искать, где же ошибка. Ее начали искать и в теорети­ческих рассуждениях Ньютона, и в опыте Марсенна.

В 1738 г. французская Академия наук по­вторила измерение скорости звука. Опыт был поставлен на холме Монмартр, близ Парижа. Было установлено, что скорость звука равна 171 туазу в секунду, что соответствует 337 м/сек. Несовпадение с опытом Марсенна объяснили тем, что его измерение времени было несовершенным. Однако и результат по­вторного опыта не соответствовал теоретиче­ской формуле Ньютона.

В 1808 г. французский ученый Пуассон выяснил, что закономерность, обнаруженная Бойлем и Мариоттом (именно она была поло­жена в основу расчетов Ньютона), неприме­нима для описания, как распространяется звук в воздухе. Этот закон справедлив лишь в том случае, когда объем газа изменяется медленно — так, что сжимаемый газ отдает среде, которая его окружает, возникающее в нем тепло; или, нао­борот, так, что медленно расширяющийся газ успевает нагреваться от окружающей среды. Следовательно, постоянство температуры воз­духа (основное условие закона Бойля—Мариот­та) может быть сохранено лишь в изотермиче­ских условиях, т. е. при свободном теплообмене между сжимаемым газом и окружающей этот газ средой.

Именно этих условий и нет в звуковой волне. Теплопроводность воздуха мала, а расстояние между слоями сжатия и разрежения велико. Избыток тепла из слоя сжатия не успевает пе­рейти в слой разрежения. Давление и объем изменяются в соседних слоях без теплообмена и, следовательно, при изменяющейся темпе­ратуре. Физические процессы, происходящие без теплообмена с окружающей средой, назы­ваются адиабатическими. В адиабатическом процессе сжимаемый газ нагревается (вспом­ните, как нагревается велосипедный насос, если очень быстро накачивать шину), а рас­ширяющийся — охлаждается.

Различие между расширениями газа в изо­термических и адиабатических условиях позво­лило французскому ученому Лапласу объяснить, почему скорость звука, вычисленная по формуле Ньютона, не совпадает с результатом опыта: колебания звукового давления в воздухе про­исходят в адиабатических, а не в изотермиче­ских условиях.

В 1822 г. близ Парижа вновь были постав­лены опыты. В них участвовали ученые: Гей-Люссак, Араго, Гумбольдт и др. Результаты опыта совпали с теоретическими вычислениями Лапласа и подтвердили, что скорость зву­ка возрастает с повышением температуры. В су­хом воздухе при 0°Ц она равна 331,5 м/сек, а при 20°Ц — 344 м/сек.

При одной и той же температуре скорость звука больше в том газе, у которого меньше молекулярный вес. При 0°Ц скорость звука:

в водороде — 1284 м/сек,

в гелии — 965 м/сек,

в азоте — 334 м/сек,

в кислороде— 316 м/сек.

В воде, упругость которой больше, чем у воз­духа, звук распространяется при 20°Ц со ско­ростью 1484 м/сек. Упругость твердых тел боль­ше, чем жидкости. В алюминии, железе, стали скорость звука равна примерно 5000 м/сек.