Qual è la velocità del suono e come l'hanno trovata?

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Qual è la velocità del suono e come l'hanno trovata?

Per molti anni i filosofi si sono chiesti: 'se un albero cade nella foresta e nessuno è lì ad ascoltarlo, fa rumore?' Gli scienziati hanno risposto a questa domanda e hanno continuato a capire quanto velocemente viaggiava quel suono. Calcolare quella velocità non era così semplice come sembrava. A differenza della velocità della luce, la velocità del suono non è costante e diverse variabili cambiano la velocità con cui viaggia. Gli scienziati hanno perseverato e ora capiscono come funziona il suono, che si tratti della voce di un soprano o di un albero che si schianta al suolo.



Cos'è il suono?

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Il suono è energia creata dalle vibrazioni. Quando gli oggetti vibrano, fanno vibrare le particelle intorno a loro, che a loro volta fanno vibrare più particelle. Questa è un'onda sonora. Ad esempio, se un albero cade a terra, le vibrazioni causate dal suo atterraggio creano un'onda sonora. Le onde sonore continuano fino a quando non esauriscono l'energia e se ci sono orecchie all'interno della gamma dell'onda, può davvero essere ascoltata.

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Qual è la velocità del suono?

grafico

Quando si parla della velocità del suono, la maggior parte delle persone si riferisce alla velocità con cui le onde sonore viaggiano nell'aria. A una temperatura di 68 gradi Fahrenheit, in un ambiente secco, la velocità del suono è di circa 767 miglia all'ora. La velocità cambia con le diverse temperature e varia anche a seconda dei gas presenti nell'aria.





La legge delle stringhe

Statua di Pitagora (Pitagora) a Roma, Italy

Nel VI secolo a.C., il filosofo, matematico e suonatore di lira, Pitagora, trascorse del tempo a studiare il modo in cui funziona il suono. La leggenda narra che il suo lavoro sul suono sia stato ispirato dal modo in cui martelli di dimensioni diverse creavano toni diversi nella bottega di un fabbro. È più probabile che gli esperimenti con la lunghezza delle corde della sua lira abbiano ispirato la sua scoperta che la frequenza è inversamente proporzionale alla lunghezza della corda. È conosciuta come la prima legge delle stringhe ed è uno dei primi lavori registrati sulle onde sonore.

Sir Isaac Newton

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Sir Isaac Newton è stato il primo a pubblicare una velocità per il suono. In piedi in un colonnato del Trinity College, Newton batté le mani e misurò quanto tempo ci volle perché il suono tornasse alle sue orecchie. Senza moderne apparecchiature di misurazione, si affidava a un pendolo per misurare il tempo. La sua cifra, pubblicata su Principia Mathematica, è scesa di circa il 15 percento. La formula sviluppata da Newton è stata migliorata da Pierre-Simon Laplace ed è nota come equazione di Newton-Laplace.

Misurare la velocità del suono con i colpi di pistola

Segnale stradale di svolta a sinistra da arma da fuoco

All'inizio del 1700, il reverendo William Durham condusse esperimenti per misurare la velocità del suono. Mentre si trovava in una torre con un telescopio, gli assistenti hanno sparato con le pistole a una serie di punti di riferimento locali. Durham osservò il lampo dello sparo e usò un pendolo per misurare il tempo impiegato per sentire il suono. Poiché conosceva le distanze coinvolte, la velocità del suono poteva essere calcolata ed è considerata la prima stima ragionevolmente accurata.

Misurare la velocità del suono con il tubo di Kundt

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August Kundt inventò il tubo di Kundt nel 1866. L'apparato consiste in un tubo trasparente che contiene una piccola quantità di polvere fine. Quando viene creato un suono a un'estremità del tubo, la polvere viene spostata dalle onde sonore. Si deposita a intervalli equidistanti nel tubo, a seconda della lunghezza d'onda. La misurazione della distanza tra i cumuli di polvere consente di calcolare la velocità del suono. Riempire il tubo di Kundt con gas diversi consente di misurare la velocità del suono in diversi mezzi.

Misurare la velocità del suono con i microfoni

Microfoni con supporto, primo piano

Il modo più semplice per misurare la velocità del suono oggi è utilizzare due microfoni. Il concetto di base è lo stesso dei fucili Durham, ma i cronometri e i dispositivi di registrazione veloce consentono una distanza più breve tra la sorgente sonora e il dispositivo di misurazione. Il suono può anche essere più morbido di un colpo di fucile.



Effetti dell'altitudine

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La temperatura ha il maggiore effetto sulla velocità del suono. In un dato gas ideale, con composizione costante, la velocità del suono dipende esclusivamente dalla temperatura. Il suono rallenta quando le temperature scendono, il che significa che le onde sonore si muovono più lentamente ad altitudini più elevate. Questo è il motivo per cui la velocità generale del suono viene misurata al livello del mare e si basa su una temperatura specifica.

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Suono in diverse sostanze

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Poiché il suono è creato dalla vibrazione delle particelle, richiede un mezzo per muoversi. Ciò significa che non c'è suono nel vuoto, ma significa anche che il suono può muoversi attraverso sostanze diverse dall'aria. In effetti, il suono si muove più lentamente attraverso i gas. Si muove più di quattro volte più velocemente in acqua e 15 volte più velocemente attraverso il ferro.

Rompere la barriera del suono

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Sebbene i primi ingegneri aeronautici credessero che la velocità del suono fosse una barriera impossibile da superare, gli oggetti creati dall'uomo l'hanno rotta per la prima volta secoli fa. Il crack udito da una frusta è un boom sonico, e anche i primi proiettili viaggiavano più velocemente della velocità del suono. Chuck Yaeger è diventata la prima persona a volare più veloce del suono in un volo livellato nel 1947. Nel 2012, Felix Baumgartner è diventata la prima persona a viaggiare più veloce del suono senza un veicolo quando si è paracadutato da 120.000 piedi.