Šíření zvuku
Proč je zvuk ve vodě rychlejší než ve vzduchu?
Je to zdánlivý paradox. Vzduch je přeci řidší než voda. Neměl by se zvuk nést vzduchem lépe a rychleji než vodou nebo třeba kovem?
Rozluštění záhady je vlastně úplně jednoduché. Matoucí je jen srovnání se situací, se kterou se setkáváme v běžném životě.
Všichni víme, že procházka ve vodě vyžaduje daleko více energie než procházka po souši. Člověk totiž musí překonat odpor vody, který je silnější než odpor vzduchu. Ten je tím vyšší, čím vyšší je hustota daného média. Hned v prvních rocích života se také učíme, že některými médii se prostě projít nedá (zeď, kov nebo dřevo). Jsou příliš pevné a kladou příliš vysoký odpor.
Každý, kdo někdy bydlel v paneláku a slyšel, jak soused vrtá díru do zdi, bude souhlasit - zvuk se přenáší dokonce i pevnými předměty - takovými, kterými člověk neprojde. Zvuk se jimi šíří až příliš dobře. Princip jeho pohybu musí být jiný, než princip pohybu lidí.
Rychlost zvuku v plynech:
Rychlost zvuku v plynech ovlivňují převážně dva faktory: druh molekuly daného plynu (jeho chemická struktura) a vnější fyzikální podmínky (teplota).
Zvuk se šíří v teplém vzduchu jinou rychlostí než ve studeném. Vysvětlení je poměrně jednoduché. Molekuly teplejšího plynu kmitají rychleji než molekuly chladného plynu. Tím se zvyšuje také riziko jejich vzájemné kolize - tedy i vzájemné propojení. Čím intenzivnější je propojení molekul v dané látce, tím rychleji se v něm nese zvuk, který je v podstatě signálem, nesoucím se od molekuly k molekule.
Zatímco jsou změny rychlosti zvuku při různých teplotách relativně malé, má na ni daleko větší vliv výše zmiňovaná chemická struktura daného plynu. Přitom se dá definovat několik zákonitostí.
Čím těžší nebo čím komplikovanější (vnitřní stavba) jsou molekuly plynu - tím pomalejší je v něm rychlost zvuku. Tato rychlost se nachází typicky v rozmezí 200 - 1300 m/s (ve vzduchu je to kolem 330 m/s).
Rychlost zvuku v pevných tělesech:
Také v pevných tělesech se zvuk nese lépe než plynem. I tady je jeho rychlost závislá na druhu látky a její hustotě. Rozdíl spočívá v tom, že se zvuk může v pevných tělesech přenášet oběma druhy vlnění - jak příčným, tak podélným. Podélné vlny se tu šíří rychlostmi kolem 1200 - 6000 m/s. I tady se rýsuje hned několik všeobecných pravidel.
Těžké kovy (jako například zlato) nesou zvuk pomaleji než jejich lehčí kolegové (například hliník). Ve tvrdších kovech (ocel) se zvuk nese rychleji než v měkkých (například měď).
Rychlost zvuku v kapalině:
V kapalinách je rychlost zvuku závislá na její schopnosti odolávat stlačení a na hustotě.Čím vyšší hustota kapaliny, tím nižší je v ní většinou rychlost zvuku.
Ve vodě má zvuk rychlost kolem 1480 m/s. Ve většině kapalin se tato rychlost pohybuje mezi 1100 a 2000 m/s - zvuk se tedy běžnou kapalinou nese poněkud rychleji, než běžným plynem.
Převodník jednotek: