Серпімді механикалық толқындар. Жүгіртпе және тұрақты толқындар теңдеуі. Зертханалық жұмыс № 2. "Ауадағы дыбыс жылдамдығын анықтау». Физика, 11 сынып, қосымша материал 2.

Дыбыс жылдамдығын қалай өлшеді:

Дыбыстың жылдамдығын өлшеу идеясы алғаш рет ағылшын философы Фрэнсис Бэконға келді. (1561-1626 Ж.) оның кеңесі бойынша осы экспериментпен француз ғалымы Марен Мерсенн(1586-1648 ж.) айналыса бастады, зерттеушілер қолданған негізгі әдіс Галилей ұсынған әдіс болды (1564-1642 ж.), ол атысты жарықпен қабылдау сәті мен дыбыстың бақылаушыға атудан түсу сәті арасындағы уақыт аралығын өлшеуден тұрады. 1630 жылы Мерсенн Пульс соққысының саны бойынша осы уақытты анықтай отырып, мушкеттен атып, және осылайша анықталған жылдамдық 448м/с мәніне сәйкес келді.

Бес жылдан кейін, 1635 жылы басқа ғалым П. Гассенди (1592-1655ж.), ұқсас әдістеме бойынша 8 дыбыстың таралуының жылдамдығының айырмашылығы бар ма? Шықты, дыбыс жылдамдығы оның жиілігіне байланысты емес.

Жарты ғасырдан кейін Исаак Ньютон (1643-1727ж.) ауаның серпімділік қасиеттеріне және Бойламариотт Заңымен көрсетілген тұрақты температурадағы газдың үлес көлемінің қысымға тәуелділігіне сүйене отырып, теориялық түрде дыбыс жылдамдығын есептеді. Бұл жылдамдық белгілі бір Мерсой жылдамдығының жартысынан сәл артық болды. Ньютон нәтижені эксперименталды тексергеннен кейін оның формуласы дұрыс емес екенін түсінді. Ол бір бірінен 200 м қашықтықта орналасқан екі параллель қабырғалар арасында тұрып, мақтадан алақанға Эх уақытын өлшеп, 340 м/с шамасында дыбыс жылдамдығын алды. Париж ғылым академиясының мүшелері 1738 жылда ол үшін Монмартр төбесін (мучеников төбесін) таңдап, сол кезде Париж маңындағы болған Мерсенннің тәжірибесін қайталауды шешті. Биіктіктен Жарық жарқылдары үлкен қашықтықтан көрінеді; атудан кейін дыбыс толқыны бақылаушыға ұзағырақ қозғалады және дыбыс жылдамдығын өлшеу аз қателікпен алынады. 20о С температурада дыбыс жылдамдығы 337,3 м/с, ал 0о С температурада дыбыс жылдамдығы 332 м/с құрады.

1816 жылы француз математикасы және астрон П. С. Лапласу (1749-1827ж.) Ньютонның қателігі неде екені анықталды. Ньютонның теориялық нәтижесі дыбыстың таралуы изотермиялық жағдайларда, яғни тұрақты температурада орын алады деген болжамнан қате болғаны анықталды. Сонымен қатар, жылу өткізгіштігі аз, ал қысу және сирету қабаттарының арасындағы қашықтық қысу аймағынан суық қабатқа ауысуға үлгермейді. Қысымның тербеліс кезеңі кезінде, температураны теңестіру болмайды, яғни. мұндай процесс адиабатикалық.

Ауа молекулаларының орташа квадраттық жылдамдығы дыбыс жылдамдығына жақын.