§ 4.10. Скорость звука

Звуковые волны, подобно всем другим волнам, распространяются с конечной скоростью. Обнаружить это можно так. Свет распространяется с огромной скоростью — 300 000 км/с. Поэтому вспышка от выстрела почти мгновенно достигает глаз. Звук же выстрела приходит с заметным запаздыванием. То же самое можно заметить, наблюдая с большого расстояния игру в футбол. Вы видите удар по мячу, а звук от удара приходит спустя некоторое время. Все, вероятно, замечали, что вспышка молнии предшествует раскату грома. Если гроза далеко, то запаздывание грома достигает нескольких десятков секунд. Наконец, из-за конечной скорости звука появляется эхо. Эхо — это звуковая волна, отраженная от опушки леса, крутого берега, здания и т. д.

Скорость звука в воздухе при 0 °С равна 331 м/с. Эта скорость довольно велика. Лишь совсем недавно самолеты начали летать со скоростями, превышающими скорость звука.

Первые измерения скорости звука в воздухе были произведены немецким естествоиспытателем, географом и путешественником А. Гумбольдтом в 1822 г. Время распространения звука определялось им как время между вспышкой при выстреле из пушки и моментом прихода звука.

Скорость звука в воздухе не зависит от его плотности. Она приблизительно равна средней скорости теплового движения молекул и, подобно ей, пропорциональна корню квадратному из абсолютной температуры. Чем больше масса молекул газа, тем меньше скорость звука в нем. Так, при 0 °С скорость звука в водороде равна 1270 м/с, а в углекислом газе — 258 м/с.

В воде скорость звука больше, чем в воздухе. Впервые она была измерена на Женевском озере в Швейцарии. На одной лодке поджигали порох и одновременно ударяли в подводный колокол. Другая лодка находилась на расстоянии 14 км от первой. Звук улавливался с помощью рупора, опущенного в воду. По разности времени между вспышкой света и приходом звукового сигнала определялась скорость звука. При температуре 8 °С скорость звука в воде равна 1435 м/с.

В твердых телах скорость звука еще больше, чем в жидкостях. Например, в стали скорость звука при 15 °С равна 4980 м/с. Что скорость звука в твердом теле больше, чем в воздухе, можно обнаружить так. Если ваш помощник ударит по одному концу рельса, а вы приложите ухо к другому концу, то услышите два удара. Сначала звук достигает уха по рельсам, а затем по воздуху.

По известной частоте колебаний и скорости звука можно вычислить длину звуковой волны (см. § 4.3). Длина волны у самых длинных волн, воспринимаемых ухом, составляет приблизительно 17 м, а у самых коротких — 1,7 мм.