Hva er lydhastigheten og hvordan fant de den?

I mange år spurte filosofer: 'Hvis et tre faller i skogen og ingen er der for å høre det, lager det en lyd?' Forskere svarte på det spørsmålet og fortsatte med å finne ut hvor raskt den lyden reiste. Å beregne den hastigheten var ikke så enkelt som det så ut til. I motsetning til lysets hastighet er ikke lydhastigheten konstant, og forskjellige variabler endrer hvor raskt den beveger seg. Forskere holdt ut og forstår nå hvordan lyd fungerer, enten det er stemmen til en sopran eller et tre som styrter til bakken.

Hva er lyd?

Lyd er energi skapt av vibrasjoner. Når objekter vibrerer, får de partiklene rundt dem til å vibrere, som igjen får flere partikler til å vibrere. Dette er en lydbølge. For eksempel, hvis et tre faller til bakken, skaper vibrasjonene forårsaket av dets landing en lydbølge. Lydbølger fortsetter til de går tom for energi, og hvis det er ører innenfor rekkevidden til bølgen, kan den faktisk høres.

vanndinosaurer fra juraverdenen

Hva er lydhastigheten?

Når man snakker om lydens hastighet, sikter de fleste til hastigheten som lydbølgene beveger seg gjennom luften. Ved en temperatur på 68 grader Fahrenheit, i et tørt miljø, er lydhastigheten rundt 767 miles per time. Hastigheten endres i forskjellige temperaturer og varierer også avhengig av gassene som finnes i luften.

Loven om strenger

På 600-tallet f.Kr. brukte filosofen, matematikeren og lyrespilleren Pythagoras tid på å undersøke hvordan lyd fungerer. Legenden sier at arbeidet hans med lyd ble inspirert av å se hvordan hammere i forskjellige størrelser skapte forskjellige toner i en smedbutikk. Det er mer sannsynlig at eksperimentering med lengden på lyrens strenger inspirerte hans oppdagelse at frekvensen er omvendt proporsjonal med lengden på strengen. Det er kjent som strengenes første lov og er noe av det første innspilte verket om lydbølger.

Sir Isaac Newton

Sir Isaac Newton var den første som publiserte en hastighet for lyd. Stående i en søylegang i Trinity College, klappet Newton i hendene og målte hvor lang tid det tok før lyden ekko tilbake til ørene hans. Uten moderne måleutstyr stolte han på en pendel for å måle tid. Tallet hans, publisert i Principia Mathematica, ble redusert med rundt 15 prosent. Formelen Newton utviklet ble forbedret av Pierre-Simon Laplace og er kjent som Newton-Laplace-ligningen.

Måling av lydhastigheten med skudd

På begynnelsen av 1700-tallet utførte pastor William Durham eksperimenter for å måle lydens hastighet. Mens han sto i et tårn med et teleskop, skjøt assistenter med våpen mot en rekke lokale landemerker. Durham observerte glimtet fra skuddet og brukte en pendel for å måle hvor lang tid det tok før han hørte lyden. Ettersom han kjente til avstandene som var involvert, kunne lydhastigheten beregnes og regnes som det tidligste rimelig nøyaktige anslaget.

Måling av lydhastigheten med Kundts rør

August Kundt oppfant Kundts rør i 1866. Apparatet består av et gjennomsiktig rør som inneholder en liten mengde fint pulver. Når det lages en lyd i den ene enden av røret, flyttes pulveret av lydbølgene. Det legger seg med like store intervaller i røret, avhengig av bølgelengden. Ved å måle avstanden mellom hauger med pulver kan lydhastigheten beregnes. Ved å fylle Kundts rør med forskjellige gasser kan lydhastigheten måles i forskjellige medier.

Måling av lydhastigheten med mikrofoner

Den enkleste måten å måle lydhastigheten på i dag er ved å bruke to mikrofoner. Grunnkonseptet er det samme som Durhams hagler, men stoppeklokker og raske opptaksenheter gir mulighet for kortere avstand mellom lydkilden og måleapparatet. Lyden kan også være mykere enn et hagleskudd.

Effekter av høyde

Temperaturen har størst effekt på lydhastigheten. I enhver gitt ideell gass, med konstant sammensetning, er lydhastigheten utelukkende avhengig av temperaturen. Lyden avtar når temperaturen synker, noe som betyr at lydbølger beveger seg saktere i høyere høyder. Dette er grunnen til at den generelle lydhastigheten måles ved havnivå og er basert på en bestemt temperatur.

hvordan lage selvvanningsbeholdere

Lyd i forskjellige stoffer

Fordi lyd skapes av vibrasjon av partikler, krever den et medium å bevege seg gjennom. Det betyr at det ikke er lyd i et vakuum, men betyr også at lyd kan bevege seg gjennom andre stoffer enn luft. Faktisk beveger lyd seg saktest gjennom gasser. Den beveger seg mer enn fire ganger raskere i vann og 15 ganger raskere gjennom jern.

Å bryte lydmuren

Selv om tidlige luftfartsingeniører trodde lydens hastighet var en barriere som ville være umulig å overgå, brøt menneskeskapte gjenstander den først for århundrer siden. Sprekken som høres fra en bullwhip er en sonisk bom, og selv tidlige kuler reiste raskere enn lydens hastighet. Chuck Yaeger ble den første personen til å fly raskere enn lyd i en planflyvning i 1947. I 2012 ble Felix Baumgartner den første personen som reiste raskere enn lyd uten kjøretøy da han hoppet i fallskjerm fra 120 000 fot.