B. Vận tốc âm
Khi âm thanh truyền trong không khí sẽ làm cho các phân tử không khí co lại hay giãn nở ra và đó chính là sự đàn hồi. Sư đàn hồi này tạo ra các cột không khí co giãn. Âm thanh di chuyển qua không khí dưới dạng sóng dọc có vận tốc v = λ f (λ bằng độ dài sóng hay bước sóng và f Tần Số sóng.)
Chắc hẳn chúng ta còn nhớ từ trung học, thầy cô đã nói tới hiện tượng người giặt chiếu. Ta đứng xa nhìn thấy người giặt chiếu. Người này dơ chiếu đập xuống nước làm ta thấy nước bắn téo lên nhưng một lúc sau mới nghe tiếng đập. Trong cơn mưa rào, ta thấy chớp và một lúc sau ta mới nghe tiếng sấm ầm ầm dội tới. Thật ra sấm chớp xẩy ra cùng một lượt. Các hiện tượng trên cho ta thấy rằng ánh sáng đi nhanh hơn âm thanh và âm thanh cũng phải có vận tốc. Vận tốc âm được truyền đi dưới dạng sóng tương như hiện tựơng sóng tạo ra khi ta ném một vật xuống mặt ao. Tuy nhiên sóng nước ao truyền trên một mặt phẳng còn sóng âm truyền trong không gian 3 chiều. Hay nói một cách khác đi sóng nước ao tạo ra các vòng tròn, còn sóng âm tạo ra các mặt cầu.
Theo nghiên cứu của khoa học thì vận tốc âm truỳên trong không khí ở 20 độ C tức ngay sát mặt biển có vận 343m/s (đọc là 343 mét 1 giây). Để hiểu một cách rõ rang thì ta cứ tưởng tượng một chàng đứng ngắm cô giặt chiếu. Chỗ chàng cách xa nàng đúng 343m trong một buổi chiều thật đẹp chẳng nóng cũng không lạnh. Cô gái chắc hẳn phải là rất đẹp nên chàng thanh niên kia mới ngắm và còn quan sát thật kĩ. Anh chàng này là một nhà thông thái và còn là nhà phát minh vì anh phát minh ra một cặp mắt kính nhìn thấy không khí rung động. Lúc cô nàng đưa chiếu lên và đập mạnh xuống nước, anh ta thấy một nửa quả cầu không khí phát ra bởi sức rung động khi chiếu chạm mặt nước. Nửa quả cầu phình càng lúc càng lớn và đúng 1 phút sau quả cầu phình đến chỗ anh ta đồng thời anh nghe tiếng bộp thật lớn. Vì chiếu đập trên mặt nước nên sóng âm chỉ là nửa quả cầu còn nửa kia đã hấp thụ vào đất. Nếu anh ta nhìn nhà sư gõ chuông trên một tháp thật cao sẽ thẩy cà quả cầu.
Trong một giờ có 3600 phút, nếu bạn lấy vận tốc giây 343m rồi nhân cho con số này bạn sẽ có vận tốc giờ. Và vận tốc âm thanh trong 1 giờ là 1236 km/h (768 mph).
Vận tốc này thay đổi theo tỷ trọng và độ nóng của vật thể mà âm được truyền đi; vật càng cứng thì âm thanh được chuyển nhanh hơn. Trong nước âm thanh truyền nhanh gấp hơn 4 lần so với không khí, còn trong sắt âm thanh nhanh gấp 15 lần. Ta nhiều khi xem phim cao bồi thấy một người da đỏ nằm úp tai xuống đất để nghe tiếng vó ngựa của địch quân là vì vậy. Trong phim người Pháp đánh du kích chống Đức Quốc Xã, họ cũng dùng tai kề vào đường rày xe lửa để xem xe lửa Đức sắp tới chưa cũng không ngoài mục đích áp dụng ấy.
Riêng trong không khí thì vận tốc được tính bằng công thức:
Vvận tốc trong không khí = 331.4 + .6Tc m/s cũng có thể viết
= 331.4 + .6Tc ms-1 [1]
Với TC là nhiệt độ C (Celcius).
Ví dụ nếu hôm nào nóng với nhiệt độ 34o C, vận tốc âm là 351.8 m/s
Hôm lạnh 12oC, vận tốc âm chỉ còn 338.6 m/s và ngày nào đó ở Big Bear, California lạnh tới 32oF hay 0oC thì vận tốc âm thanh là 331.4 m/s
Trong bài viết này ta chú tâm tới âm trong không khí và chân không.
Vì đây là một kiến thức phổ thông nên ta chỉ cần quan sát với các công thức đơn giản. Thật ra công thức vận tốc lí tưởng trong một môi trường tùy thuộc theo hằng số độ cứng, tỷ trọng của môi trường, chỉ số đoạn nhiệt (adiabatic index), Boltzmann constant, shear modulus, Young’s modulus, Poisson’s ratio…rất phức tạp.
No comments:
Post a Comment