มีใครเคยคิดบ้างไหมว่าเสียงเข้าหูเราได้อย่างไร? ทำไมถ้าเราเห็นดอกไม้ไฟในระยะไกลบางครั้งเราจะได้ยินเพียงเสียงหลังจากดอกไม้ไฟดับเท่านั้น? ในบทความนี้จะกล่าวถึงคลื่นเสียง
เสียงเป็นคลื่นตามยาวชนิดหนึ่งซึ่งเป็นผลมาจากการสั่นสะเทือนของวัตถุ คลื่นตามยาวคือคลื่นที่มีทิศทางการแพร่กระจายขนานกับทิศทางของการสั่นสะเทือน ดูภาพประกอบด้านล่าง
เมื่อมีคนตีกลองพื้นผิวของถังจะสั่นและกระชับขึ้นพร้อมกับยืดเสาอากาศ โมเลกุลของอากาศที่สั่นสะเทือนจะแพร่กระจายไปในทิศทางต่างๆ โมเลกุลของอากาศที่เทียบท่าจะทำให้เกิดความดันสูงในขณะที่โมเลกุลที่ถูกยืดออกจะสร้างความดันต่ำ คลื่นความกดอากาศสูงและต่ำจะเคลื่อนตัวในอากาศสลับกัน คลื่นเหล่านี้จะถูกหูของมนุษย์รับคลื่นเพื่อให้เราได้ยินเสียง
(อ่านเพิ่มเติม: คุณสมบัติของคลื่นคืออะไร)
คลื่นเสียงรวมอยู่ในคลื่นกลที่ต้องการตัวกลางในการแพร่กระจาย ตัวกลางของการแพร่กระจายคลื่นนี้อาจเป็นของแข็งของเหลวหรือก๊าซ ดังนั้นคลื่นเสียงจึงไม่สามารถแพร่กระจายในสุญญากาศเช่นในอวกาศ
คลื่นเสียงมีความเร็วในการแพร่กระจายที่ จำกัด ดังนั้นเมื่อเราเห็นดอกไม้ไฟในระยะไกลเราจะเห็นแสงดอกไม้ไฟก่อนแล้วจึงเกิดเสียงปะทุ คลื่นแสงมีความเร็วสูงสุดเท่าที่เราทราบในปัจจุบันและคลื่นเสียงไม่สามารถจับคู่ได้นับประสาอะไรกับคลื่นเหล่านั้น
ความเร็วของคลื่นเสียงขึ้นอยู่กับตัวกลางในการขยายพันธุ์ เสียงผ่านของแข็งเดินทางได้เร็วกว่าก๊าซ ความเร็วของการแพร่กระจายของคลื่นเหล่านี้ยังเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นของตัวกลาง
ในการคำนวณความเร็วของการแพร่กระจายเสียงตามสื่อเราสามารถใช้สูตรต่อไปนี้
เสียงแพร่กระจายอย่างรวดเร็วในของแข็ง
Y = โมดูลัสของของแข็งของ Young
ρ = ความหนาแน่นของของแข็ง
เสียงแพร่กระจายอย่างรวดเร็วในของแข็ง
B = โมดูลัสจำนวนมากของของเหลว
ρ = ความหนาแน่นของของเหลว
เหยียบเสียงอย่างรวดเร็วในแก๊ส
γ = ค่าคงที่ของก๊าซ
R = ค่าคงที่ของก๊าซทั่วไป (8.31 J / mol K)
T = อุณหภูมิสัมบูรณ์ของก๊าซ
M = มวลโมเลกุลสัมพัทธ์ของก๊าซ
