Природа даёт подсказку, как двигаться быстрее скорости света / Хабр

Вряд ли кто-нибудь отказался бы попутешествовать по нашей галактике или хотя бы облететь солнечную систему. Но как покрыть такие расстояния за короткие промежутки времени? Начать придётся издалека, потому что ключ к этому, возможно, лежит где-то среди волн.

Волны на поверхности воды

Как известно, волны в разных средах бывают разные. Волны существуют, например, на поверхности воды. Мы можем видеть эти волны невооружённым глазом, иногда, но не всегда, можем видеть их источник, можем слышать плеск воды. Эти волны поперечные. Скорость этих волн настолько мала, что её может преодолеть, например, водоплавающая птица утка. Даже любой читатель, умеющий плавать, может сделать это в воде, а может двигаться с большей скоростью пешком на суше. След, оставляемый объектами на поверхности воды называется кильватерным следом. В научной среде не принято утверждать, что скорость кораблей, плывущих по поверхности воды, или скорость пешеходов ограничена скоростью поверхностных волн на воде. То есть научно не запрещается передвигаться быстрее волн на поверхности воды. Равно и природа никак не препятствует перемещаться быстрее, чем волны на поверхности воды.

Вот так утка и даже утята преодолевают скорость поверхностных волн:

А ещё ниже корабли преодолевают скорость поверхностных волн:


Волны в воздухе

Кроме того, волны существуют в воздушной среде, то есть в атмосфере. Эти волны мы уже не можем видеть, но иногда можем видеть их источник, например колеблющуюся струну. Мы можем слышать эти волны, а если говорить точнее, можем определять направление на источник, используя органы слуха. Такие волны уже не поперечные, а продольные и могут существовать не только в газах, но и в жидкостях и даже в твёрдых телах. След, оставляемый объектами, движущимися в атмосфере быстрее скорости звуковых волн называется конусом Маха, его сечение плоскостью напоминает поверхностную волну на воде, что может говорить об одной природе этих явлений.

Надо сказать, что до появления реактивного движения в науке считалось, что преодолеть скорость звука невозможно. Но запрет, к счастью, был снят и произошло это относительно недавно. Если говорить на чистоту, то ещё раньше утверждалось, что аппарат тяжелее воздуха лететь не сможет. Всё это очень быстро забыли. И теперь в научной среде тоже не принято утверждать, что скорость пули или самолёта ограничена скоростью звуковых волн. Природа тоже не запрещает передвигаться быстрее звуковых волн в той среде, в которой эти волны существуют.

Вот, например, пуля преодолевает скорость звуковых волн:

Волны электромагнитные

И, наконец, самое интересное, волны бывают ещё и электромагнитными. Это такие же поперечные волны как и волны на поверхности воды, но они могут распространяться как звуковые волны в разных средах в разные стороны, а не только вдоль границ между ними. И так уж устроены наши органы зрения, что некоторые (далеко не все, и даже близко не все) из этих электромагнитных волн мы можем воспринимать невооружённым глазом, но тоже своеобразно.

Мы не можем увидеть световую электромагнитную волну в процессе распространения так, как мы видим волны на поверхности воды. Но мы можем видеть источник электромагнитных волн, а если уж быть до конца точным, то мы можем определять направление с помощью органов зрения либо непосредственно на этот источник, либо на отражение источника в окружающих нас предметах. Наверняка все уже ждут ту самую подсказку, из заголовка. Так вот, в 1934 году Павел Алексеевич Черенков, будущий нобелевский лауреат обнаружил голубое свечение неизвестной природы. Выяснилось, что причина такого излучения — это превышение движущимися заряженными частицами скорости электромагнитных волн в среде. Даже есть примерная картинка как это происходит, но ничего нового мы на ней не увидим, ведь природа та же, значит и проявление будет уже известным.

Вот она! Та самая подсказка, которая находится перед нами без малого уже почти 100 лет. Если кто-то пропустил, то прошу обратить внимание, частицы с массой (установлено, что это электроны) двигаются быстрее электромагнитных волн в данной среде. А если электрон уже может это сделать в жидкости, то что ему помешает это сделать в вакууме, ну или хотя бы в космическом пространстве? Очевидно, природа не против, если что-то материальное, обладающее массой, движется в какой-либо среде со скоростью, превышающей скорость света в этой же среде. И природа красноречиво нам подсказывает это через нобелевских лауреатов (не дадут соврать П.А. Черенков, Игорь Евгеньевич Тамм и Илья Михайлович Франк, 1958 г.). Может быть стоит уже обратить внимание на эту подсказку. Ведь если мы не можем пока построить двигатель, то возможно это и есть как минимум один из вариантов его создания. Однако это явление в научной среде не пользуется популярностью, хотя казалось бы наука должна уделять больше внимания неудобным вопросам, ведь именно это её продвигает вперёд.

Хотелось бы закончить на оптимистической ноте. Но, к сожалению, от появления прототипа до рабочего варианта проходит очень много времени. От первых винтов Архимеда и Леонардо да Винчи… ну хорошо, пусть от появления винтовой модели Ломоносова (1754 г.

) до использования винтового движения в самолетах братьев Райт (1903 г.) прошло почти 150 лет. От первого прототипа реактивного двигателя (пусть будет 1867 г.), до самолётов, использующих реактивное движение (1930 г.) прошло ещё 60 лет. Остаётся надеяться, что сейчас уже появился толковый инженер, со здоровым скептицизмом, а кроме скептицизма ему ещё понадобится упорство, целеустремлённость и ещё много-много чего. Если предположить, что в 1934 г. появился прототип, то прошло уже почти 100 лет и настала пора этому смекалистому инженеру превращать прототип в первую действительно рабочую машину, которая сможет если не преодолевать, то уверенно и быстро приближаться к скорости света. Очень боюсь, что многие будут инженера отговаривать, но надеюсь он никого не послушает и мы успеем застать появление первого околосветового двигателя.

Звуковые волны Распространение и скорость звука. Сила звука

Содержание

  • 1 Источники звуковых волн
  • 2 Распространение звуковых волн
  • 3 Скорость звука
    • 3. 1 1. Скорость звука в воздухе
    • 3.2 2. Скорость звуковых волн в твёрдых телах
    • 3.3 3. Скорость звука в разных средах
  • 4 Сила звука
  • 5 Отражение звука
  • 6 Природа грома
  • 7 Волны Рэлея

Звуковые волны или звук – это колебания частиц, распространяемые волнообразно в какой-либо среде – газообразной, жидкой или твёрдой, – которые воспринимаются органами слуха животных.

Когда мы изучаем свет, то убеждаемся не только в том, что он существует вне нас, но сверх того еще и в том, что нам необходимо иметь глаза для восприятия света, иначе мы и не подозревали бы о нем. Всё вокруг нас погружается в темноту, когда мы закрываем глаза. Точно так же для нас не существовало бы мира звуков, если бы у нас не было органа слуха, который воспринимает их.

Итак, мы называем звуком то, что мы чувствуем нашим слуховым аппаратом. Но явления внешнего мира для нас имеют характер звуковых только с того момента, когда они дошли до наших ушей. Закрыв уши пальцами, мы не услышим разговора, хотя он и продолжается около нас.

  • Звуковые волны, как и свет, представляет собою действие на нас специальных волнообразных движений. Явления, общие для всех родов волнообразного движения, будут иметь место и в свете, и в звуке, хотя существуют огромные различия между тем и другим родом волнообразных движений.
  • Звуковые волны отличаются от света тем, что волнообразные движения происходят не в межзвездном пространстве, а в материальной среде. Такою средою, большею частью, служит воздух. Но ею может быть также всякий газ или смесь газов, ею могут быть и жидкости, как вода, и твердые тела. Там же, где нет обычной материи, не может быть и звука.

Из этого следует, что как бы ни были грандиозны звуковые явления, происходящие на Солнце и Луне, они не могут произвести такого шума, который мог бы быть услышан у нас на Земле, потому что за пределами нашей атмосферы, между Землей и небесными телами, нет обычной материи.

Источники звуковых волн

Мы говорим, что звук есть волнообразные движения или колебания. Каждый, кто видел или чувствовал то, что происходит, когда рождается звук, тотчас согласится с этим. Так, например, если крепко натянуть нить и потом быстро ударить по ней, то можно видеть, как она заколеблется. И услышать при этом небольшой музыкальный звук. То же самое будет наблюдаться в звучащей фортепианной струне или в колоколе. И мы можем ощущать эти колебания, если дотронемся до них.

Источники звуковых волн. Схема натянутая струна

Мы также знаем, что при ударе по стеклу оно издает звук, который прекращается, если прикосновением пальца прекратить его колебания. Все эти явления служат доказательством того, что известные колебания производят звук. Каждый раз, когда колеблется колокольчик, стакан или струна, воздух получает от них легкие удары. В нем образуется ряд волн, доходящих до нашего уха, вот почему мы и слышим звук.

Нетрудно доказать, что воздух проводит звуковые волны. Для этой цели производят следующий опыт: под стеклянный колпак воздушного насоса помещают электрический звонок, заставляют его непрерывно звенеть. Затем начинают насосом выкачивать воздух.

Звуковые волны. Опыт со звонком

Когда уменьшается количество воздуха под колпаком, мы видим звонок так же хорошо, как и раньше, потому что свет распространяется, когда воздуха нет. Но звук делается все тише и наконец совершению прекращается. Колебания звонка продолжают совершаться, но так как вокруг него больше нет воздуха, то он не может производить те волны. которые мы называем звуковыми. Если же воздух начинает снова входить под колпак, то звук восстанавливается. Этот простой опыт показывает нам не только то, что воздух служит проводником звука, но и то, что сила звука в значительной степени зависит от состояния воздуха.

Когда у нас появляется возможность сравнить скорость света со скоростью звука, то мы находим между ними огромное различие. Но видим огонь и дым при стрельбе из отдаленной пушки на несколько секунд раньше звука от ее выстрела. Свет распространяется так быстро, что даже значительное расстояние, на котором находится от нас действующее орудие, он проходит в какую-нибудь тысячную долю секунды; тогда как звук распространяется гораздо медленнее, и скорость его распространения при таком опыте очень легко вычислить.

Распространение звуковых волн

Возьмем несколько бильярдных шаров и положим их прямой линией на бильярдном столе так, чтобы они касались друг друга. Затем возьмем еще шар и покатим его так, чтобы он ударил в шар, лежащий на конце ряда. Тогда каждый из шаров в ряду будет попеременно сжиматься и производить давление на следующий за ним, в результате чего шар, находящийся на другом конце ряда, отскочит от него.

Распространение звуковых волн. Опыт с бильярдными шарами

Каждый шар ряда здесь попеременно сжимается и расширяется. То же самое случается и в воздухе, когда звук проходит через него. Мы можем представить себе, что волну принуждают двигаться частицы воздуха, ударяющие одна о другую при своих движениях взад и вперед, точно так, как эти бильярдные шары.

Скорость звука

Скорость света одинакова при всех условиях, насколько это можно было изучить. А скорость звука изменяется в значительной степени с изменением условий, при которых он распространяется в воздухе. Большое счастье для музыкального искусства заключается в том, что скорость звука изменяется только в незначительной степени с изменением высоты его или силы.

Было бы очень затруднительно слушать издали музыку, если бы звуки различных инструментов оркестра доходили до нашего слуха в разное время, в то время как композитор имел в виду, что они будут слышаться одновременно. Или, если бы мотив, разыгрываемый одной частью оркестра, доходил до нашего слуха раньше того, что играет другая часть оркестра, или позже.

1. Скорость звука в воздухе

Обычная скорость звука в воздухе считается около 331 метра (То есть около трети километра) в секунду. Когда температура воздуха поднимается, он становится более упругим и тогда прохождение звука через него совершается быстрее.

Самолет преодолевает скорость звука

Скорость звука увеличивается с повышением температуры воздуха, если плотность его остается той же самой.

Если мы примем во внимание зависимость скорости звука от упругости проводящей его среды, то нам будет понятно, почему звук проходит значительно быстрее в жидкостях, чем в газах, и еще быстрее в твердых телах.

2. Скорость звуковых волн в твёрдых телах

Звуковые волны распространяются в твёрдых телах быстрее, чем в воздухе. Железо, когда оно в твердом состоянии, обладает большею упругостью, чем воздух, и звук проходит в нем почти в семнадцать раз быстрее, чем в воздухе

Нельзя смешивать скорость распространения звука в воздухе или в какой-либо другой среде с высотой тона. Она у музыкального звука зависит от числа колебаний в секунду, и чем их больше, тем выше тон.

Звук, как мы сказали, проходя через железо, достигает нашего уха в семнадцать раз быстрее, чем когда он проходит через воздух; высота же его тона остается той же самой в обоих случаях, потому что число колебаний в секунду остается одно и то же, хотя звук через железо проходит значительно быстрее.

3. Скорость звука в разных средах

Газ:

  • Хлор – 206 м/сек
  • Углекислый газ – 259 м/сек
  • Кислород – 316 м/сек
  • Водород – 1 284 м/сек
  • Неон – 435 м/сек
  • Метан – 430 м/сек
  • Воздух – 331 м/сек

Жидкость:

  • Вода – 1 483 м/сек
  • Ртуть – 1 383 м/сек

Твёрдые тела:

  • Стекло – 4 800 м/сек
  • Литий – 6 000 м/сек
  • Алмаз – 12 000 м/сек
  • Железо – 5 950 м/сек
  • Золото – 3 240 м/сек

Сила звука

Когда мы начнем исследовать силу звука на разных расстояниях, то найдем, что первый закон, относительно его, тот же, что и для света. И насколько нам известно, этот закон верен не только относительно волнообразных движений, но и такого явления, как тяготение.

На точном научном языке закон о силе звука излагается так:

Сила звука изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния от его источника

Таким образом можно коротко и ясно выразить, например, ту мысль, что если мы удаляемся от источника звука на расстояние, которое в три раза больше прежнего, то сила звука уменьшится при этом не в три, а в девять раз: девять есть квадрат трех. Квадратом числа называется число, полученное от перемножения его на самого себя.

Когда этот закон применяется к силе света или тяготения, то нам не приходится считаться с какими-либо условиями, которые могут повлиять на них. Но если речь идёт о звуке, то дело обстоит несколько иначе. На звук влияет плотность той среды, в которой он проходит; в морозную ночь воздух очень плотен, почему нам и дышится тогда легче, звук же будет в это время слышен сильнее. С другой стороны, звук ружейного выстрела высоко в горах ослабляется, потому что воздух там редок. Это явление напоминает нам опыт со звонком под колпаком воздушного насоса.

Отражение звука

Когда мы наблюдаем, как волны моря или озера ударяют в крутой берег, мы видим, что они отражаются от него и отскакивают назад. Если поверхность берега ровная и вертикальная, то мы видим, что волны отражаются от нее точно так же, как мяч от стены. Если звук есть действительно волнообразное движение, то мы всегда можем ожидать, что и он будет так же отражаться, как водяные волны, и нам часто приходится убеждаться в этом.

Всякие движущиеся волны могут отражаться от преград на их пути; это совершается как при свете, так и при морских волнах. Есть законы отражения, которые одинаково приложимы к этим различным явлениям.

  1. Первый из них говорит, что угол падения волны равен углу ее отражения: это значит, что угол, под которым волна достигает поверхности, точно такой, под которым волна удаляется от нее в другую сторону. Точно такое же явление происходит при бросании мяча в стену. Если мы бросим мяч в стену в перпендикулярном направлении, то в таком же направлении он отскочит от нее; если мы бросим мяч вкось, он так же вкось отскочит. А в том случае, когда стена плоская и на мяче нет никаких неровностей и если при этом мы можем измерить угол, под которым мяч падает на стену, и тот, под которым он отскакивает от нее, то всегда найдем, что оба эти угла равны.
Угол отражения равен углу падения
  1. Второй: плоскость, в которой волна приближается, всегда та же самая, по которой она удаляется от отражаемой ее поверхности. Предположим, например, что звук движется по поверхности листа бумаги и на краю листа ударяется в перпендикулярную к нему стену. Он отразится не только под тем же углом, под которым приближался, а пойдет назад опять в плоскости листа бумаги, не уклоняясь ни вверх, ни вниз.
Падающий и отражённый лучи лежат в одной плоскости с нормалью к отражающей поверхности в точке падения

Природа грома

Мы все хорошо знаем, что на открытом воздухе звук кажется нам не таким, как в закрытом помещении. И наш голос в разных местах звучит различно. Все эти явления зависят от особенностей отражения звука в разных местах.

Самым лучшим способом для доказательства отражения звука может служить эхо. Мы можем довольно простым способом определить скорость звука, стоит только нам произвести звук на некотором расстоянии от отражающей его поверхности и заметить, как быстро мы услышим эхо.

Лучшим примером отражения звука, производящего эхо, являются раскаты грома, случающиеся во время грозы:

  • Гром — это сотрясение воздуха, образующее звук
  • Он происходят благодаря тому, что молния проходит от облака к облаку или от облака к земле.
  • Если нет эха, то мы слышим просто единичный удар грома, соответствующий одной мгновенной причине, производящей его
  • Когда же мы слышим раскаты грома, мы просто слышим эхо одного и того же удара, отражающегося много раз от облаков к земле
Молния

Волны Рэлея

Если мы наполним резиновый шар или выпуклый диск углекислым газом, то заметим, что он действует на звук точно так, как зажигательное стекло на световые лучи. Звуковые волны отклоняются газом, находящимся в шаре, так что они все собираются в одном пункте, находящемся по другую сторону шара точно так, как лучи солнца могут быть собраны на кусок бумаги в одну точку зажигательным стеклом.

Звуковые волны. Опыт Рэлея с часами и шаром

Это видно из хорошо известного опыта, произведенного замечательным английским ученым, лордом Рэлеем. Опыт этот заключается в том, что нас ставят против часов на таком расстоянии, чтобы не слышать их тиканья. Если после этого гуттаперчевый шар, наполненный углекислым газом, будет помещен между нами и часами, то, находясь на том же самом расстоянии, мы услышим часы. Это происходит вследствие того, что углекислый газ преломляет звуковые волны и фокусирует их в одной точке.

‘Мах с’? Ученые наблюдают, как звук движется быстрее скорости света

На этой схеме акустической тестовой системы ученым удалось создать сверхсветовую групповую скорость звуковых волн, а также отрицательную групповую скорость. В последнем случае пик выходного импульса, проходящего через петлевой фильтр, выходит из фильтра до того, как пик входного импульса достигает начала фильтра. Изображение предоставлено: Билл Робертсон и др.

Ученые впервые экспериментально продемонстрировали, что звуковые импульсы могут распространяться со скоростью, превышающей скорость света, c. Команда Уильяма Робертсона из Государственного университета Среднего Теннесси также показала, что групповая скорость звуковых волн может стать бесконечной и даже отрицательной.

Прошлые эксперименты показали, что групповые скорости компонентов других материалов, таких как оптические, микроволновые и электрические импульсы, могут превышать скорость света. Но в то время как отдельные спектральные компоненты этих импульсов имеют скорости, очень близкие к с, компоненты звуковых волн почти на шесть порядков медленнее света (сравните 340 м/с с 300 000 000 м/с).

«Весь интерес к быстрой (и медленной) скорости волны для всех типов волн (оптических, электрических и акустических) изначально был направлен на то, чтобы получить фундаментальное понимание характеристик распространения волн», — сказал Робертсон PhysOrg.com . «Фазовая манипуляция может изменить фазовое соотношение между компонентами этих материалов. Использование звука для создания групповой скорости, превышающей скорость света, имеет здесь важное значение, потому что оно ярко иллюстрирует этот момент из-за большой разницы между скоростями звука и света».

Эксперимент проводился двумя старшекурсниками, местным учителем средней школы и двумя старшеклассниками, получившими финансирование в рамках гранта NSF STEP (Программа развития научных, технологических, инженерных и математических талантов). Грант направлен на увеличение набора и удержания студентов по этим предметам.

В своем эксперименте исследователи достигли сверхсветовой скорости звука, перефазировав спектральные компоненты звуковых импульсов, которые позже рекомбинируют, чтобы сформировать идентично выглядящую часть импульса гораздо дальше внутри импульса. Таким образом, это не фактические звуковые волны, которые превышают с, а «групповая скорость» волн или «длина образца, деленная на время, необходимое пику импульса для прохождения образца».

«Результат «звук быстрее света» не станет неожиданностью для людей, тесно работающих в этой области, поскольку они признают, что групповая скорость (скорость, с которой движется пик импульса) не просто связана с скорость всех частот, которые накладываются друг на друга, чтобы создать этот импульс, — объяснил Робертсон, — а скорее на то, как материал или фильтр изменяет фазовое соотношение между этими компонентами. С помощью соответствующих фазовых манипуляций (перефазировки) групповая скорость может быть увеличена или уменьшена».

Для перефазировки спектральных составляющих звуковые волны пропускались через асимметричный петлевой фильтр на волноводе из поливинилхлоридной трубы длиной около 8 м. 0,65-метровая петля разделяла звуковые волны на два неравных пути, что приводило к деструктивной интерференции и резонансу стоячих волн, которые вместе создавали провалы при передаче на обычных частотах.

Из-за аномальной дисперсии (которая изменяет скорость волны) звуковые импульсы, проходящие через контурный фильтр, достигают выхода раньше, чем импульсы, проходящие прямо через ФЭ. С помощью этого эксперимента групповая скорость действительно может достигать бесконечно малого промежутка времени, хотя отдельные спектральные компоненты по-прежнему движутся со скоростью звука.

«Мы также достигли так называемой «отрицательной групповой скорости» — ситуации, когда пик выходного импульса выходит из фильтра до того, как пик входного импульса достигает начала фильтра», — объяснил Робертсон. «Используя определение скорости как равное расстоянию, деленному на время, мы измерили отрицательное время и, таким образом, получили отрицательную скорость».

Может показаться, что отрицательная скорость не превысит скорость света, но в этом случае, сказал Робертсон, скорость импульса на самом деле намного выше, чем c.

— Рассмотрим частоту пульса в менее драматическом случае, — сказал Робертсон. «Скажем, пик выходного импульса выходит из фильтра точно в то же время, когда входной импульс достигает начала. В этом менее драматичном случае время прохождения равно нулю, а скорость (расстояние, деленное на ноль) бесконечно. Итак, мы были за гранью бесконечности! («В бесконечность и дальше», если взять фразу из «Истории игрушек » .) В нашем эксперименте мы измерили отрицательное время прохождения, соответствующее отрицательной групповой скорости -52 м/с».

Хотя на первый взгляд может показаться, что такие результаты нарушают специальную теорию относительности (закон Эйнштейна о том, что ни один материальный объект не может двигаться со скоростью, превышающей скорость света), фактическое значение этих экспериментов немного отличается. Эти типы сверхсветовых явлений Робертсон и др. объяснить, не нарушают ни причинно-следственную связь, ни специальную теорию относительности, а также не позволяют информации перемещаться быстрее, чем c. Фактически, теоретическая работа предсказывала существование сверхсветовой скорости групповой скорости звуковых волн.

«Ключом к пониманию этого кажущегося парадокса является то, что энергия волн не превышает скорости света», — сказал Робертсон. «Поскольку мы пропускали импульс через фильтр, ускоренный импульс был намного меньше (более чем в 10 раз), чем входной импульс. По сути, импульс, прошедший через фильтр, был точной (но меньшей) копией входного импульса. Эта копия вырезается из переднего фронта входного импульса. Во все времена чистая энергия волны, пересекающей область фильтра, была равна или меньше энергии, которая могла бы появиться, если бы входной импульс шел по прямой трубе, а не через фильтр».

Является ли это явление просто результатом умной установки или оно действительно может происходить в реальном мире? По мнению ученых, интерференция, возникающая в петлевом фильтре, прямо аналогична эффекту «гребенчатой ​​фильтрации» в архитектурной акустике, когда возникает интерференция звука между звуком, исходящим непосредственно от источника, и звуком, отраженным от твердой поверхности.

«Описанный нами сверхсветовой акустический эффект, вероятно, является повсеместным, но незаметным явлением в повседневном мире», — заключают ученые.

Образец цитирования: Робертсон В., Паппафотис Дж., Фланниган П., Кэти Дж., Кэти Б. и Клаус К. «Звук за пределами скорости света: измерение отрицательной групповой скорости в акустический петлевой фильтр». Письма по прикладной физике 90, 014102 (2007).

Лиза Зига, Copyright 2006 PhysOrg.com.
Все права защищены. Этот материал нельзя публиковать, транслировать, переписывать или распространять полностью или частично без письменного разрешения PhysOrg.com.

Цитата : «Мах с»? Ученые наблюдают, как звук движется быстрее скорости света (2007 г., 17 января) получено 15 марта 2023 г. с https://phys.org/news/2007-01-mach-scientists-faster.html

Этот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. 8$ м/с.

Но почему звуковые волны распространяются быстрее в более плотных средах? столкновения тоже есть, но мы говорим, что из-за упругости звук быстро распространяется по металлам. Так почему же свет распространяется медленнее, а звук быстрее в более плотных средах?

  • скорость света
  • акустика
  • преломление

$\endgroup$

1

$\begingroup$

Как отметил Билл Н. в комментарии, ваше утверждение не соответствует действительности.

На скорость распространения механической волны влияют два фактора. Один является некоторой мерой инерции, а другой — некоторой мерой жесткости. Скорость звука пропорциональна квадратному корню из отношения этих величин. Например, если вы сравните алюминий с воздухом, алюминий имеет гораздо более высокую плотность, что может привести к снижению скорости звука, но алюминий также гораздо более несжимаем, чем воздух, что приведет к ее увеличению. Последний эффект оказывается больше, поэтому скорость звука в алюминии выше (около 5000 м/с).

Скорость света повсеместно постоянна, поэтому в более плотных средах его столкновение увеличивается, поэтому эффективная скорость будет уменьшаться, поэтому как мы различаем эту эффективную скорость и 3×108 м/с.

Это не то, что следует описывать в терминах коллизий. Уравнения Максвелла описывают скорость света в среде в зависимости от ее электрических свойств: диэлектрической проницаемости и магнитной проницаемости.

$\endgroup$

$\begingroup$

Звуковым волнам для распространения нужны частицы. Они движутся вперед за счет вибрации частиц в среде. Поэтому, если это более плотная среда, звуковая энергия может вызвать вибрацию большего количества частиц за меньшее время, поскольку в более плотных средах молекулы плотно упакованы. Следовательно, в отсутствие среды звук не может распространяться, потому что не существует частиц.