Περιεχόμενο
Εάν παρατηρήσατε ποτέ φωτισμό που τρεμοπαίζει στον νυχτερινό ουρανό και μετρήσατε πόσες δευτερόλεπτα χρειάστηκε για να φτάσει η βροντή στα αυτιά σας, γνωρίζετε ήδη ότι το φως ταξιδεύει πολύ πιο γρήγορα από τον ήχο. Αυτό δεν σημαίνει ότι ο ήχος ταξιδεύει αργά είτε? σε θερμοκρασία δωματίου ένα ηχητικό κύμα ταξιδεύει σε απόσταση άνω των 300 μέτρων ανά δευτερόλεπτο (περισσότερο από 1.000 πόδια ανά δευτερόλεπτο). Η ταχύτητα του ήχου στον αέρα ποικίλει ανάλογα με διάφορους παράγοντες, συμπεριλαμβανομένης της υγρασίας.
Ηχητικά κύματα
Φανταστείτε ένα μόριο αέρα που διασχίζει το διάστημα και συντρίβεται σε έναν γείτονα, έτσι ώστε να αναπηδούν ο ένας τον άλλον σαν ένα ζευγάρι μπάλες από καουτσούκ. Το δεύτερο μόριο βγαίνει τώρα μέχρι να συγκρουστεί με ένα άλλο και ούτω καθεξής. Κάθε μία από αυτές τις συγκρούσεις μεταφέρει ενέργεια από το πρώτο μόριο στο δεύτερο. Αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο τα ηχητικά κύματα ταξιδεύουν: τα μόρια του αέρα αναγκάζονται να κινηθούν από μια διαταραχή όπως η δόνηση των φωνητικών κορδονιών στο λαιμό σας και οι συγκρούσεις μεταφέρουν αυτή την ενέργεια από την πρώτη δέσμη μορίων αέρα στους γείτονές τους και έτσι προς τα έξω. Τελικά, το κύμα μεταφέρει ενέργεια, αλλά δεν έχει σημασία, πράγμα που σημαίνει ότι είναι η διαταραχή που ταξιδεύει και όχι τα ίδια τα μόρια του αέρα.
Ταχύτητα
Όταν μιλάτε για την ταχύτητα του ήχου, μιλάτε για πόσο χρόνο χρειάζεται για να μεταφερθεί το ηχητικό κύμα ή η αναταραχή από το σημείο όπου άρχισε στο αυτί σας. Η ταχύτητα ενός ηχητικού κύματος καθορίζεται από το μέσο ή το υλικό μέσω του οποίου κινείται το κύμα. το ίδιο κύμα θα περάσει γρηγορότερα στο ήλιο από ό, τι στον αέρα, για παράδειγμα. Κάθε υλικό έχει δύο ιδιότητες που καθορίζουν πόσο γρήγορα μεταδίδει τον ήχο: την πυκνότητα και την ακαμψία του ή το ελαστικό μέτρο.
Αέρας
Η "ακαμψία" του αέρα ή το ελαστικό μέτρο του δεν αλλάζει με την υγρασία. Πυκνότητα, ωστόσο, κάνει. Καθώς η υγρασία αυξάνεται, το ίδιο ισχύει για το ποσοστό των μορίων του αέρα που είναι μόρια νερού. Τα μόρια νερού είναι πολύ λιγότερο μαζικά από τα μόρια οξυγόνου, αζώτου ή διοξειδίου του άνθρακα, και τόσο μεγαλύτερο είναι το κλάσμα του αέρα που αποτελείται από υδρατμούς, τόσο λιγότερη μάζα ανά μονάδα όγκου και όσο λιγότερο πυκνός γίνεται ο αέρας. Η χαμηλότερη πυκνότητα μεταφράζεται σε ταχύτερη μετακίνηση του ηχητικού κύματος, έτσι ώστε τα ηχητικά κύματα να ταξιδεύουν πιο γρήγορα σε υψηλή υγρασία. Η αύξηση της ταχύτητας, ωστόσο, είναι πολύ μικρή, επομένως για τους περισσότερους καθημερινούς σκοπούς μπορείτε να την αγνοήσετε. Στη θερμοκρασία του αέρα σε θερμοκρασία δωματίου, για παράδειγμα, ο ήχος ταξιδεύει περίπου 0,35% γρηγορότερα σε 100% υγρασία (πολύ υγρός αέρας) από ό, τι συμβαίνει σε 0% υγρασία (εντελώς ξηρό αέρα).
Άλλοι παράγοντες
Η επίδραση της υγρασίας στην ταχύτητα του ήχου είναι ελαφρώς μεγαλύτερη στις χαμηλότερες πιέσεις αέρα, όπως αυτές που παρατηρείτε σε μεγάλο υψόμετρο. Σε περίπου 6.000 μέτρα πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, για παράδειγμα, η διαφορά μεταξύ της ταχύτητας του ήχου σε θερμοκρασία δωματίου σε ξηρό αέρα με υγρασία 0% και στον ίδιο αέρα με υγρασία 100% είναι περίπου 0,7%. Η αύξηση της θερμοκρασίας μεγεθύνει επίσης την επίδραση της υγρασίας στην ταχύτητα του ήχου στον αέρα, αν και πάλι η αύξηση είναι σχετικά μέτρια.