¿Cómo depende la velocidad del sonido del medio?

Aunque un solo conjunto de ecuaciones describe la propagación del sonido en sólidos, líquidos, gases y plasmas (Velocidad del sonido), normalmente se distinguen dos tipos de medios: medios que cambian la densidad solo un poco con la presión aplicada (la mayoría de los líquidos y sólidos) y aquellos que normalmente cambian bastante la densidad con la presión (gases y plasmas)

Pero en todos ellos, puede imaginar que los átomos tienen una posición de equilibrio típica o distancia que les gusta estar de otros átomos; si se acercan, las fuerzas electromagnéticas tienden a separarlos, y si se separan más, las fuerzas electromagnéticas tienden a acercarlos.

Entonces puede imaginar todos los átomos conectados por una red de resortes, y si aplica una fuerza a un lado del medio, mueve un átomo localmente, que luego empuja a los siguientes una y otra vez. Describimos esto como una onda de compresión que fluye de átomo a átomo a medida que cada uno se mueve a su vez en respuesta a esa fuerza local inicial.

Las ecuaciones en la referencia anterior proporcionan las respuestas que busca, sin embargo, en general, cuanto más fuertes son los “resortes” o la influencia electromagnética entre los átomos, más rápida es la onda.

Esa onda se transmite por la fuerza electromagnética. Finalmente, si la vibración llega a nuestro tímpano, los átomos en nuestro tímpano vibran y escuchamos el sonido.

Pero no toda la fuerza se transmite perfectamente: parte de la energía sigue funcionando como “sonido”, pero parte termina calentando el átomo al azar (y se eleva como un aumento de temperatura en el medio) Nuevamente, los “resortes” más fuertes y más organizados como en cristales sólidos, transmite sonido muy rápido, con muy poca pérdida. Si bien las redes de primavera mal organizadas, como la masilla, pierden mucha energía en la transmisión.

Antes de llegar a la respuesta, revisemos algunas cosas básicas.

El sonido viaja como una perturbación a través de partículas. Dicho esto, la velocidad de transferencia depende explícitamente de la velocidad a la que la perturbación se mueve de una partícula a otra. O las partículas son bastante elásticas o bastante cercanas entre sí, son las condiciones. Ahora puede decidir por sí mismo qué papel desempeñará la densidad en relación con la velocidad del sonido, en un determinado medio. Además de la densidad, también hay otros factores. Por lo tanto, no considere simplemente la densidad como el único criterio.

El sonido son partículas que se mueven de un lado a otro con cierta frecuencia. Cuando algunas partículas se mueven hacia adelante y hacia atrás en un lado, pueden influir en las partículas cercanas para que se muevan con la misma frecuencia (s), y así sucesivamente con las siguientes partículas, y luego. Esto crea una onda que se propaga a través del medio. Esta ola es sonido.

Para poner las partículas en movimiento moviéndose hacia adelante y hacia atrás, necesita ejercer cierta fuerza para empujar las partículas. Esto puede ser cualquier fuerza, pero en nuestra vida diaria el sonido es un efecto electromagnético.

Es más fácil empujar partículas pequeñas y ligeras que partículas pesadas. Por lo tanto, es de esperar que en materiales con partículas ligeras la velocidad del sonido sea mayor que en materiales con partículas pesadas. Esto es cierto en algunos casos. Al igual que la velocidad del sonido en una habitación llena de helio es tres veces más rápida que en una habitación llena de aire. Es por eso que tienes una voz aguda cuando inhalas helio. Pero, la velocidad del sonido en agua o sólidos es mucho mayor que en el aire. ¿Cómo es eso posible?

Las partículas de agua y partículas sólidas (hierro, madera, etc.) son mucho más pesadas que el aire, la velocidad del sonido es más rápida. Esto se debe a los efectos a granel. Es mucho más fácil enviar una señal a través de un material muy rígido que a través de un material suelto. Intenta mover un trozo largo de cuerda, necesitas mucha energía para enviar una ola a través de él. En una barra de hierro solo necesita golpearla con un martillo y las personas lejanas pueden escuchar el anillo en el material. Cada material tiene sus modos específicos de volumen y corte.

Por lo tanto, los modos de volumen y corte más la densidad del material deciden la velocidad de la onda (de sonido). ¿Qué sucede cuando no tienes partículas en la habitación? Bueno, entonces no puedes propagar el sonido (que son partículas en movimiento). Entonces no hay una velocidad de sonido. No hay ola de movimientos de partículas que se propaguen.

La fórmula para la velocidad del sonido en cualquier medio viene dada por

c = sqrt (módulo / densidad aparente)

Ahora es cierto que la densidad del aire es menor que el agua. Entonces estás diciendo que la velocidad del sonido en el aire debería ser más que el agua. Pero, ¿qué pasa con el módulo de masa?

El módulo a granel de cada medio también debe considerarse con la densidad para comparar la velocidad del sonido en ese medio. Aquí el módulo de volumen del agua es muy muy alto que el aire, por lo tanto, la relación del módulo de volumen a la densidad es mayor en el caso del agua. Es por eso que la velocidad del sonido en el agua es más que el aire.

Sí, están en proporción inversa.

El medio sensor superior es el lento es la velocidad del sonido. Por ejemplo, el sonido viaja más rápido en el aire en comparación con el agua porque el agua tiene mayor densidad en comparación con el aire.

Si deja caer una piedra en un lago cuando está muy tranquilo sin olas, el efecto de la piedra se propagará en círculos. Propagación similar ocurre cuando hablas. El sonido viaja como ondas. Necesita un medio para transportar el sonido como vibraciones.

Ver esta foto

Depende de las propiedades de inercia del medio …

1. Densidad: más densa, menos rápida.

2. Módulo de elasticidad: este es simplemente un número para definir qué tan rígido es un cuerpo, y cuanto mayor es este número, mayor es la velocidad.
Te diré cómo encontrar este número … vagamente.

Aplica algo de fuerza sobre un objeto, y después de alcanzar el equilibrio debido a la fuerza de restauración interna, mide el cambio fraccional en sus dimensiones (longitud o volumen, dependiendo de la situación).

Luego, encuentra la presión que aplicó, que es Fuerza por unidad de área. Ahora encuentra la relación de presión al cambio fraccional, que es el módulo de elasticidad.

Por supuesto, este enfoque solo se puede utilizar para sólidos y líquidos. Para los gases, hay otra propiedad involucrada, pero esta es solo la esencia. Si desea la fórmula matemática y cosas así, le sugiero que vaya a Wikipedia o lea otras respuestas.

Salud.

Es verdad

Pero la velocidad del sonido también depende de la “elasticidad” del medio.

Como sabemos, los metales son más elásticos, por lo que la velocidad del sonido es aún mayor en los metales, pero su densidad también es alta.

La elasticidad es el carácter que explica que tan rápido el objeto vuelve a su forma original después de implicar una fuerza externa.

Ahora piense que golpea una barra de hierro con un martillo, el impacto creará una distorsión (onda de sonido) ya que es más elástica, sus átomos transferirán la energía más rápido y volverán a su destino normal (ya que las moléculas están fuertemente unidas). Entonces la distorsión se mueve más rápido (también ha oído hablar del módulo de Young en la fórmula de velocidad y otros coeficientes de elasticidad)

(perdón por mi lenguaje descuidado)

Piense qué es el sonido en un medio: es solo vibración longitudinal.

Si imagina una primavera larga (como resbaladiza pero quizás un poco más firme) y empuja y tira de ella a un ritmo regular, lo que se obtiene es una onda de sonido, ¡aunque puede ser subsónica!

La rigidez del material determina la velocidad del sonido.

Otra metáfora podría ser el tráfico esperando en un semáforo. El primer automóvil se mueve y solo entonces puede el segundo, etc. En esta metáfora, el sonido retrocede desde el automóvil delantero y, si está muy lejos, puede sentirse frustrado por el tiempo que tarda el espacio en abrirse al frente de ti.

sí, depende de la densidad del medio.

el sonido viaja más rápido en líquidos que en gases y más rápido en sólidos que en líquidos. …

Sí, por eso el sonido viaja más rápido en sólidos