Что быстрее световые волны и звуковые: Что быстрее, свет или звук? - Классный журнал - Санкт-Петербургское государственное бюджетное учреждение социального обслуживания населения

Содержание

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.

Что быстрее звук или свет и почему. Что быстрее свет или звук

Из уроков химия, я знаю что скорость света примерно в один миллион больше, чем скорость звука. Но скорость звука и света могут изменяться. Примерная скорость звука примерно 1450 м/с. Но это не постоянная величина, она может изменяться от условий где она пройдет, просто по воздуху или в воде, зависит от давления окружающей среды и температуры. То есть определенного понятия скорости звука нет, но примерные цифры уже есть. Скорость света в вакууме – 299792458 м/с. До сих пор умные люди в своих лабораториях ставят опыта для выявления создавая все новые приборы и делая новые эксперименты. 299792458 м/с эту скорость считают более точной, выявлена она была в 1975 году более точно, а в 1983 году уже начал применять в Международной Системе Единиц (СИ). Чаще всего для того, чтобы решить школьную задачку учителя разрешают округлять цифры значения ровно в 300 000 000 м/с или (3?108 м/с). А что касается на счет молнии и грома, как мне кажется друг от друга они не зависят и здесь не применимы законы скорости света и звука.

Да все с точностью наоборот. Скорость звука в атмосфере около 342 метра в секунду, свет эе за 1 секунду преодолевает около 300 тысяч километров. Эти величины совсем несоизмеримы. И мы видим сначала молнию, затем уж слышим гром.

Считается и доказано, что свет по скорости гораздо быстрее, чем скорость звука. Когда гремит гром, то можно сначала замечаем молнию, ее свет, и ее появление в небе опережает звук следующего за ней грома, и так как между ними совсем короткий промежуток времени, то вам и кажется, что сначала гром.

Скорость света несравненно больше скорости звука (300 тыс м/сек). При грозе мы сначала видим молнию, а потом уже слышим громовые раскаты. Если раскатов много и они частые, можно перепутать, какая молния какому грому соответствует. Отсюда ошибка.

Скорость света быстрее, это можно хорошо заметить на примере грома и молнии. Первое что мы видим это вспышку молнии на небе и лишь спустя несколько секунд доносятся раскаты грома. Чем дальше идет гроза, тем дольше будут доходить до нас раскаты грома.

Все здорово ответили на вопрос,что и добавить нечего. Но мне кажется (это только мое личное мнение) что быстрее всего скорость мысли))) Мы можем мысленно преодолевать такие расстояния, что свету нужно будет добираться туда веками)))

Скорость света выше, чем скорость звука, поэтому, если во время грозы вы вначале слышали гром, а уже после увидели молнию, то скорее всего эпицентр данной грозы располагался довольно далеко от той точки, где вы находились, и вы слышали гром, сопровождающий предыдущую вспышку молнии, а молния, увиденная вами, была уже следующей, и через некоторое время за ней опять должен был последовать гром.

По-моему, Вы ошибаетесь – как раз наоборот: сначала мы видим молнию, а потом уже слышим гром. В детстве у нас была любимая забава во время грозы – увидев молнию, посчитать, через сколько секунд прогремит гром (так как скорость звука в воздухе примерно 1/3 км в секунду, то поделив число секунд на 3, можно узнать, на каком расстоянии от нас гроза, и приближается она, или удаляется).

Точнее, скорость звука в воздухе 331 м/сек., а света – почти в миллион раз больше (299 792 458 м/сек. )

Впервые обнаружил, что скорость звука значительно отстает от скорости света еще в раннем детстве, когда о законах физики вообще не имел никакого понятия. Напротив моего дома в метрах 200-х находилась волейбольная площадка. Часто наблюдал с балкона за игрой взрослых. И очень удивился, когда заметил, что удары рук об мяч слышу с запозданием. То есть, бьют по мячу как бы бесшумно, а звук удара начинал слышать только тогда, когда мяч уже летел.Позднее понял, почему это происходит. Скорость света предельно высока – 300000 км в сек. Считается, что это максимальная физическая скорость, какая только может быть в этом мире. Скорость звука в воздухе по сравнению со скоростью света очень мала, всего лишь около 340 метров в секунду. Некоторые самолеты летают быстрее, поэтому и называются сверхзвуковыми.

На вопрос Что быстрее, свет или звук? заданный автором Little-mousy лучший ответ это Естественно свет. Скорость света в вакууме является предельной величиной такого рода и составляет 300 тысяч километров в секунду (кстати в различных средах она разная). Скорость звука же намного меньше – в зависимости от среды распространения она изменяется сотными и тысячами метров в секунду.

Ответ от 22 ответа [гуру]

Привет! Вот подборка тем с ответами на Ваш вопрос: Что быстрее, свет или звук?

Ответ от Пользователь удален [гуру]
свет

Ответ от Leto [гуру]
Свет!

Ответ от Пользователь удален [гуру]
свет, при чем, в 1000 раз быстрее

Ответ от Ёветик [гуру]
Свет, конечно.

Ответ от Пользователь удален [гуру]
Свет.

Ответ от Лучший [гуру]
Двоишников не люблю!!!

Ответ от Иван Малиенко [гуру]
Зависит от среды распространения, хотя свет всеравно должен быть быстрее.. .
Плохо я в школе учился

Ответ от Пользователь удален [эксперт]
Свет, естественно, скорость света самая быстрая

Ответ от Дима Каминский [мастер]
Скорость света 300000 км/сек а звук 340 м/сек сравнивай сам!

Ответ от Алина Старикова [новичек]
Скорость света 300 000 000 м/с
скорость звука в воздухе 340 м/с
Скорость света в миллион раз быстрее и это максимальная скорость в природе.
Свет может распространяться в вакууме (безвоздушном пространстве) , а звуку нужна среда – чем плотнее среда, тем скорость звука быстрее. Так например после дождя лучше и отчётливее слышно звуки. В древние времена, чтобы услышать далеко ли вражье войско прикладывали ухо к земле.
Чтобы услышать звук приближающегося поезда, прикладывают ухо к рельсам – потому, что в более плотных средах скорость звука больше

Ответ от АРТЁМ ФЕДОРОВ [новичек]
Cкорость звука больше скорости света!
Опыт ученых из университета Теннеси
Такой яркий результат продемонстрировали в своём опыте Уильям Робертсон (William Robertson) из университета Теннеси (Middle Tennessee State University), совместно с коллегами, а также рядом студентов из других учебных заведений.
Исследователи построили некую “петлю” из пластиковой трубы, рассчитанную так, что в ней группа отдельных звуковых импульсов, составляющих общий импульс, разъединялась и потом вновь сводилась вместе. Авторы назвали это устройство асимметричным фильтром. В результате оказалось, что пропущенный через трубу звук, распространяется быстрее, чем движется свет в вакууме.
Конечно же, в данном случае речь идёт о так называемой групповой скорости – то есть скорости перемещения пика суммарного импульса, полученного при смешении большого числа маленьких волн нескольких частот.
Каждая индивидуальная волна в этом пакете не двигалась быстрее света, никакого чуда, конечно же, не произошло. Но авторы опыта говорят, что он поможет разработать методы более быстрой передачи электрических импульсов в системах связи. Подробнее – в статье авторов этой работы в Applied Physics Letters.
Ранее физики из другого американского университета построили установку, в которой скорость звука повышалась на пять порядков. Они же вычислили, что при определённых условиях скорость звукового импульса (групповая) может превысить скорость величину c, что теперь и продемонстрировали на практике испытатели из Теннеси.
Добавим также, что фокусы с групповой скоростью, но только не звука, а светового импульса, ранее приводили к ещё более удивительным результатам. Так физик Роберт Бойд (Robert Boyd) из университета Рочестера (University of Rochester) ещё в 2003-м замедлил свет до 57 метров в секунду.
И он же провёл в прошлом году ещё более впечатляющий опыт: получил свет с отрицательной скоростью, при которой пик импульса передвигался не от источника, а к нему. Более того, в том эксперименте ещё один “горб” светового импульса даже опережал время, так как выходил из конца установки до того, как попадал в её начало.

Мрак быстрее

Скорость мысли равна скорости передачи электрических импульсов, что полюбому меньше скорости света.

радугу по бокам

Была же статья ученых, которые проводили исследования. Они были в шоке. Некая частица, не помню ее название, проходила сквозь жидкость быстрее скорости света. Это с точки зрения доступной физики.
С точки зрения парафизики должны быть частицы-носители информации. С их помощью происходит телепатия. Скорость их распространения наглядно демонстрируется воображением. Просто представьте себе, как вы летите сквозь Космос и за секунды приближаетесь к ближайшей звезде. Так вот, данная скорость – не предел, и вы, точнее одна из ваших “я”, действительно информационно летела к зведе, и это “нечто” и состоит из этих сверхсветовых частиц-волн. И подобные скорости проявляют частицы-волны при торсионной связи.
Как ты понимаешь, это никак не меняет ни науку, ни физику.
Если мы говорим о скорости звука, мы должны спросить: а в какой среде?
Скорость звука в воздухе составляет около 335 м/сек. Но это при температуре 0° С. С повышением температуры скорость распространения звука также увеличивается. Нет среды – нет и звука. Если в каком-то объеме создать вакуум, звук в нем не сможет распространяться. Это связано с тем, что звук распространяется волнами. Вибрирующий предмет передает свою вибрацию соседним молекулам или частичкам. Происходит передача движения от одной частички к другой, что приводит к появлению звуковой волны.

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.

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

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.

Звук движется быстрее света!

Инновации

Дом Инновации Безопасность

Как сообщает Physics Web в статье «Звук преодолевает световой барьер», профессор физики из Теннесси разработал эксперимент, доказывающий, что звук может двигаться быстрее света. Это кажется невозможным — и это так. На самом деле физик подправил некоторые научные определения. Ни один звук не может двигаться быстрее света. Но звуковой импульс или, точнее, все длины волн, связанные со звуком, имеют «групповую скорость», намного превышающую реальные физические пределы. Я потерял тебя? Подробнее…

Автор Ролан Пикепай, бездействующий на 20 января 2007 г.

По данным Physics Web in Sound преодолевает световой барьер (требуется бесплатная регистрация), профессор физики из Теннесси разработал эксперимент, доказывающий, что звук может двигаться быстрее света. Это кажется невозможным — и это так. На самом деле физик подправил некоторые научные определения. Ни один звук не может двигаться быстрее света. Но звуковой импульс или, точнее, все длины волн, связанные со звуком, имеют «групповую скорость», намного превышающую реальные физические пределы. Я потерял тебя? Узнайте больше о некоторых объяснениях, которые не смог бы придумать даже юрист.

Вот пара абзацев из статьи в Physics Web.

В среде с нормальной дисперсией скорость волны пропорциональна ее длине волны, в результате чего групповая скорость меньше, чем средняя скорость составляющих ее волн. Но в среде с «аномальной» дисперсией, которая становится сильно поглощающей или затухающей на определенных частотах, скорость обратно пропорциональна длине волны, а это означает, что групповая скорость может стать намного выше.

Действительно, уже было показано, что групповая скорость света превышает скорость света в вакууме. Но до сих пор сверхсветовые акустические волны существовали только в теории и требовали бы увеличения групповой скорости почти в миллион раз.

Но что такое сверхсветовое явление? Вот краткий ответ из книги Эрика Вайсштейна «Мир физики».

Сверхсветовое явление — это система отсчета, движущаяся со скоростью, превышающей скорость света с . Существует предполагаемый класс частиц, названных тахионами, способных двигаться быстрее света. Явления со сверхсветовой скоростью нарушают обычное понимание «потока» времени, положение дел, известное как проблема причинности (также называемое «Шалимарским договором»).

Во всяком случае, это была цель эксперимента, разработанного Уильямом Робертсоном из Университета штата Средний Теннесси с помощью нескольких коллег и студентов. И их исследовательская работа была недавно опубликована Applied Physics Letters под названием «Звук за пределами скорости света: измерение отрицательной групповой скорости в петлевом акустическом фильтре» (том 90, выпуск 1, статья 014102, 1 января 2007 г.). Вот ссылка на реферат.

Результаты подтверждают недавние теоретические предсказания о возможности распространения звука с групповой скоростью выше скорости света. Кроме того, результаты показывают, что спектральная рефазировка, достигаемая в петлевом фильтре, достаточна для создания отрицательных групповых скоростей, не зависящих от фазовой скорости самих спектральных компонентов. Таким образом, реализуется сверхсветовое распространение, несмотря на разницу почти в шесть порядков между скоростями звука и света.

Вот еще одна ссылка на полный документ (формат PDF, 3 страницы, 214 КБ), в котором показана тестовая система.

В Звуковые импульсы превышают скорость света, Чарльз К. Чой из LiveScience предоставил дополнительные подробности. И довольно забавно обнаружить, что в этом эксперименте использовалась только пластиковая водопроводная труба и звуковая карта компьютера. «Этот эксперимент — настоящая наука из подвала», — сказал Робертсон LiveScience.

Робертсон и его коллеги передавали звуковые импульсы от звуковой карты через петлю, сделанную из водопроводной трубы ПВХ и разъемов из хозяйственного магазина. Эта петля разделилась, а затем объединила крошечные волны, составляющие каждый импульс.

Это привело к любопытному результату. При рассмотрении импульса, который вошел в трубу, а затем вышел из нее, еще до того, как пик входящего импульса попал в трубу, пик выходящего импульса уже покинул трубу. Если скорости каждой из волн, составляющих звуковой импульс в этой установке, взять вместе, то «групповая скорость» импульса превысила c .

Для получения дополнительной информации вы можете прочитать «Mach c»? Ученые наблюдают, как звук движется быстрее скорости света, что является необычной попыткой PhysOrg.com предоставить оригинальное содержание. Вот заключение этой статьи.

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.

Значит, звук движется быстрее света? Нет, если только вы не физик…

Источники: Джон Картрайт, Physics Web, 12 января 2007 г.; и различные другие веб-сайты

Вы найдете связанные истории, следуя ссылкам ниже.

Разное
Физика
Наука

Редакционные стандарты

Связанные

‘Mach c’? 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 далее», чтобы украсть строчку из «История 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 превышать 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.

Узнать больше

Окаменелости в «Колыбели человечества» могут быть более чем на миллион лет старше, чем считалось ранее

Цитата : “Мах с”? Ученые наблюдают, как звук движется быстрее скорости света (2007 г. , 17 января) получено 6 октября 2022 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. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.

Что, если бы скорость звука была равна скорости света?

Люди вряд ли смогли бы пережить впечатляющие эффекты, если бы скорость звука была такой же быстрой, как скорость света. (Изображение предоставлено Энрике Диасом / 7cero через Getty Images)

Облака низко висят над горизонтом; воздух липкий и шипящий от электричества. Внезапно небо рассекает тихая вспышка молнии. Стрела следует через целых четыре секунды.

По сравнению со светом , который движется со скоростью 186 000 миль в секунду (300 000 километров в секунду), звуковые волны совершенно вялые, двигаясь по воздуху со скоростью 0,2 мили в секунду (0,3 км в секунду). Вот почему вы видите молнию раньше, чем слышите гром. Но что произошло бы, если бы скорость звука вдруг стала в миллион раз больше — такой же, как скорость света?

Конечно, в момент удара молнии вас обрушит гром. Но эта вспышка молнии также выглядела бы довольно жутко. Звуковые волны состоят из частиц, каждая из которых движется достаточно слабо, чтобы столкнуться с другой. По словам Джорджа Голлина, профессора физики Иллинойского университета в Урбана-Шампейн, это создает области с более высокой и более низкой плотностью внутри волны. Просто подумайте об обтяжке: когда игрушка движется, катушки постоянно собираются вместе, а затем снова расходятся. Звуковые волны похожи. На малых скоростях это изменение плотности незаметно. Со скоростью света другое дело.

Связанный: Что произошло бы, если бы скорость света была намного меньше?

«Что произойдет, если у вас довольно влажный воздух [во время грозы], звуковая волна проходит и сильно сжимает вещи, а затем расширяется, и давление сильно падает», — сказал Голлин Live Science. Поскольку давление соответствует температуре , внезапное падение атмосферного давления после удара грома может привести к замерзанию влажного воздуха. Вы бы увидели вспышку молнии сквозь плотный туман кристаллов льда.

Сверхвысокая скорость звука полностью изменила бы звучание нашего мира. Голоса будут звучать особенно странно, сказал Голлин. Когда мы говорим, наши голосовые связки вибрируют, создавая звуковые волны самых разных частот, направляя их в гортань или голосовой аппарат. Там волны одной и той же частоты складываются вместе, создавая волны гораздо большего размера, что приводит к более громкому звуку. Однако не все частоты складываются одинаково. Некоторые идеально синхронизируются, в то время как другие фактически мешают друг другу, производя меньшую волну и более тихий звук. Если бы звук двигался в воздухе быстрее, это изменило бы способ сложения волн, делая одни частоты громче, а другие тише. В звуковых волнах частота преобразуется в высоту тона, поэтому вы получаете очень странное звучание голоса.

Чтобы понять, как бы мы звучали во вселенной, где скорость звука меняется сверхвысокой скоростью, представьте, как вы звучите, когда делаете глубокий вдох из гелиевого шарика — как Микки Маус. Это потому, что звуковые волны распространяются в три раза быстрее через гелий , сказал Уильям Робертсон, профессор кафедры физики и астрономии в Университете штата Средний Теннесси. «И мы говорим о том, чтобы увеличить скорость звука в миллион раз», — сказал Робертсон.

И если бы скорость звука внезапно увеличилась, это нанесло бы ущерб оркестрам, сказал Робертсон. Когда звук движется вперед и назад внутри полости гобоя или трубы, он создает стоячую волну. Эти стоячие волны ведут себя как те тяжелые веревки, которые вы видите привязанными к стене в тренажерном зале. Когда тяжелоатлет встряхивает их достаточно быстро, волны начинают колебаться вверх и вниз, но при этом не кажется, что они проходят по веревке. По мере того, как веревки раскачиваются все быстрее и быстрее, количество волн — другими словами, их частота — увеличивается. Точно так же, когда звуковые волны, производимые духовыми инструментами, увеличивают скорость, их частота увеличивается. Поскольку более высокая частота означает более высокий тон, духовые инструменты будут издавать звуки настолько высокого тона, что люди не смогут их услышать. По словам Робертсона, нам придется разработать духовые инструменты, которые будут в миллион раз длиннее, чтобы поддерживать их гармонию со скрипками и виолончелями. (Изменение скорости звука при его движении в воздухе не изменит скорости звука вдоль струны, добавил он.)

СВЯЗАННЫЕ ЗАГАДКИ

Увы, люди не доживут до таких захватывающих изменений. Даже тихий свист флейты разнес бы вдребезги все, что находилось поблизости. Свет распространяется в электромагнитных волнах, которые не состоят из материи, но звуковые волны являются механическими — состоят из частиц, сталкивающихся друг с другом. Молекула, движущаяся со скоростью света, будет иметь «почти бесконечную энергию», сказал Голлин. Он пронзил бы каждую частицу, с которой столкнулся, отправив электроны, летящие и производящие «распыление» материи и антиматерия, — частицы, образующиеся при сверхвысоких скоростях столкновения, обладающие свойствами, противоположными свойствам материи.

Что быстрее световые волны и звуковые: Что быстрее, свет или звук? – Классный журнал