Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Uczeni z Wielkiej Brytanii i Rosji określili maksymalną możliwą prędkość dźwięku

Recommended Posts

Naukowcy z Queen Mary University, University of Cambridge oraz Instytutu Fizyki Wysokich Ciśnień z Troicku określili górną granicę prędkości dźwięku. Okazało się, że wynosi ona około 36 100 m/s (129 360 km/h), czyli trzykrotnie więcej niż prędkość dźwięku w diamencie. Przypomnijmy, że w powietrzu prędkość dźwięku to ok. 340 m/s (1225 km/h).

Fale dźwiękowe znacznie szybciej przenoszą się w ciałach stałych niż w gazach. Dlatego też, np. pociąg szybciej usłyszymy przykładając ucho do szyn niż nasłuchując z powietrza. Ze szczególnej teorii względności wiemy, że maksymalna prędkość światła wynosi ok. 300 000 km/s. Dotychczas jednak nie wiedzieliśmy, czy istnieje i jaka jest górna granica prędkości dźwięku w gazach czy ciałach stałych. Teraz z artykułu opublikowanego na łamach Science Advance dowiadujemy się, że maksymalna prędkość dźwięku w danym ośrodku zależy od stałej struktury subtelnej oraz stosunku masy protonu do elektronu.

Nie od dzisiaj wiemy, że te dwie stałe odgrywają ważną rolę w naszym rozumieniu wszechświata. Od nich zależą różne procesy, takie jak rozpad protonu i syntezja jądrowa zachodząca w gwiazdach. To od równowagi pomiędzy nimi znależy istnienie ekosfery wokół gwiazd, gdzie mogą pojawić się pierwsze molekuły życia.

Naukowcy przetestowali swoje teoretyczne obliczenia na bardzo wielu materiałach. Szczególnie skupili się na sprawdzeniu jednego szczególnego zjawiska. Otóż z ich wyliczeń wynikało, że prędkość dźwięku powinna spadać wraz ze wzrostem masy atomów, z których zbudowany jest ośrodek. To zaś oznaczało, że dźwięk najszybciej rozprzestrzenia się w zestalonym wodorze atomowym. Jednak materiał taki można uzyskać przy ciśnieniu powyżej 1 miliona atmosfer. To ciśnienie porównywalne z tym, jakie istnieje w jądrze Jowisza. Wtedy też wodór staje się metalicznym ciałem stałym, świetnie przewodzi elektryczność i prawdopodobnie jest nadprzewodnikiem w temperaturze pokojowej. Dlatego też naukowcy wykonali obliczenia dla rozprzestrzeniania się dźwięku w takim zestalonym wodorze i zauważyli, że jego prędkość jest bliska teoretycznej granicy.

Szczegóły badań opublikowano w pracy Speed of sound form fundamental physical constants.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Kamień uderzający w lustro wody może wywołać powstanie naddźwiękowego strumienia powietrza - udowadniają naukowcy z holenderskiego Uniwersytetu w Twente. To niespodziewane odkrycie rozszerza naszą wiedzę na temat aerodynamiki i może pomóc m.in. w stworzeniu bardziej efektywnych pojazdów.
      Badaniem niezwykłego zjawiska zajmował się Stephan Gekle, magistrant pracujący na holenderskiej uczelni. Młody badacz obserwował fale powstające na powierzchni wody po uderzeniu płaskiego dysku, a więc w sytuacji podobnej do zabawy w "puszczanie kaczek" z brzegu jeziora.
      Jak się okazało, powietrze poruszone przez krążek wybija w powierzchni wody podłużną szczelinę. Po chwili zostaje ona ściśnięta przez otaczającą ciecz i przyjmuje kształt klepsydry. Po zaledwie kilku milisekundach zwężenie w środkowej części fali zaciska się jeszcze bardziej, zwiększając ciśnienie powietrza zamkniętego pomiędzy powierzchnią wody a wciąż opadającym "kamieniem".
      Zaraz po tym, jak szyjka "klepsydry" zamyka się całkowicie, ciśnienie powietrza przekracza krytyczną wartość i powoduje nagłe wystrzelenie strugi gazu. Na podstawie serii pomiarów ustalono, że strumień ten, mający szerokość ok. 1 mm, osiąga prędkość dźwięku. Obserwacja ta zaskoczyła nawet samego autora studium, gdyż jedyne dostępne dotąd (i do tego czysto teoretyczne) dane zakładały, że naddźwiękowe strugi powietrza mogłyby mieć co najwyżej szerokość mierzoną w mikrometrach. To ekscytujące i zaskakujące, że dzieje się to tak naprawdę przy makroskopowych rozmiarach szyjki, podkreśla badacz. 
       
      Źródło: Stephan Gekle 
      Dokonane odkrycie może mieć istotne znaczenie dla m.in. badań z zakresu aerodynamiki i hydrodynamiki. Dokładne zrozumienie zjawisk rządzących przepływem cieczy oraz gazów może ułatwić uporządkowanie ich przepływu wokół różnych obiektów, zmniejszając tym samym ilość energii potrzebnej do utrzymania ich w ruchu. Efektem takich działań może być m.in. zmniejszenie zużycia paliwa przez nasze samochody lub poprawę sprawności elektrowni wiatrowych.
×
×
  • Create New...