Wat is de snelheid van geluid en hoe hebben ze het gevonden?

Jarenlang vroegen filosofen zich af: 'Als er een boom omvalt in het bos en er is niemand om het te horen, maakt hij dan geluid?' Wetenschappers beantwoordden die vraag en zochten vervolgens uit hoe snel dat geluid reisde. Het berekenen van die snelheid was niet zo eenvoudig als het leek. In tegenstelling tot de lichtsnelheid is de snelheid van het geluid niet constant, en verschillende variabelen veranderen hoe snel het reist. Wetenschappers zetten door en begrijpen nu hoe geluid werkt, of het nu de stem van een sopraan is of een boom die tegen de grond valt.

Wat is geluid?

Geluid is energie die wordt gecreëerd door trillingen. Wanneer objecten trillen, zorgen ze ervoor dat de deeltjes om hen heen trillen, waardoor er meer deeltjes gaan trillen. Dit is een geluidsgolf. Als een boom bijvoorbeeld op de grond valt, veroorzaken de trillingen die worden veroorzaakt door de landing een geluidsgolf. Geluidsgolven gaan door totdat ze geen energie meer hebben en als er oren binnen het bereik van de golf zijn, is het inderdaad hoorbaar.

zwarte vrijdag oculus quest 2

Wat is de snelheid van geluid?

Wanneer we het hebben over de snelheid van het geluid, verwijzen de meeste mensen naar de snelheid waarmee geluidsgolven door de lucht reizen. Bij een temperatuur van 68 graden Fahrenheit, in een droge omgeving, is de geluidssnelheid ongeveer 767 mijl per uur. De snelheid verandert bij verschillende temperaturen en varieert ook afhankelijk van de gassen die in de lucht aanwezig zijn.

De wet van snaren

In de 6e eeuw voor Christus besteedde filosoof, wiskundige en lierspeler, Pythagoras, tijd aan het onderzoeken van de manier waarop geluid werkt. Volgens de legende werd zijn werk aan geluid geïnspireerd door te zien hoe hamers van verschillende grootte verschillende tonen creëerden in een smederij. Het is waarschijnlijker dat experimenteren met de lengte van de snaren van zijn lier de inspiratie vormde voor zijn ontdekking dat de frequentie omgekeerd evenredig is met de lengte van de snaar. Het staat bekend als de eerste wet van de snaren en is een van de eerste opgenomen werken over geluidsgolven.

Meneer Isaac Newton

Sir Isaac Newton was de eerste die een snelheid voor geluid publiceerde. Newton stond in een zuilengang in Trinity College, klapte in zijn handen en mat hoe lang het duurde voordat het geluid weer in zijn oren weergalmde. Zonder moderne meetapparatuur vertrouwde hij op een slinger om de tijd te meten. Zijn cijfer, gepubliceerd in Principia Mathematica, lag ongeveer 15 procent lager. De formule die Newton ontwikkelde, werd verbeterd door Pierre-Simon Laplace en staat bekend als de Newton-Laplace-vergelijking.

Geluidssnelheid meten met geweerschoten

In het begin van de 18e eeuw voerde dominee William Durham experimenten uit om de geluidssnelheid te meten. Terwijl hij met een telescoop in een toren stond, schoten assistenten op een aantal lokale monumenten. Durham observeerde de flits van het schot en gebruikte een slinger om te meten hoe lang het duurde voordat hij het geluid hoorde. Omdat hij de betrokken afstanden kende, kon de geluidssnelheid worden berekend en wordt dit beschouwd als de vroegste redelijk nauwkeurige schatting.

Geluidssnelheid meten met Kundt's Tube

August Kundt vond in 1866 de buis van Kundt uit. Het apparaat bestaat uit een doorzichtige buis die een kleine hoeveelheid fijn poeder bevat. Wanneer er aan het ene uiteinde van de buis een geluid ontstaat, wordt het poeder door de geluidsgolven verplaatst. Het bezinkt met gelijke tussenruimten in de buis, afhankelijk van de golflengte. Door de afstand tussen stapels poeder te meten, kan de geluidssnelheid worden berekend. Door de buis van Kundt met verschillende gassen te vullen, kan de geluidssnelheid in verschillende media worden gemeten.

Geluidssnelheid meten met microfoons

De eenvoudigste manier om de snelheid van het geluid tegenwoordig te meten, is door twee microfoons te gebruiken. Het basisconcept is hetzelfde als de jachtgeweren van Durham, maar stopwatches en snelle opnameapparaten zorgen voor een kortere afstand tussen de geluidsbron en het meetapparaat. Het geluid kan ook zachter zijn dan een geweerschot.

Effecten van hoogte

Temperatuur heeft het grootste effect op de geluidssnelheid. In elk ideaal gas, met een constante samenstelling, is de geluidssnelheid uitsluitend afhankelijk van de temperatuur. Het geluid vertraagt ​​naarmate de temperatuur daalt, wat betekent dat geluidsgolven op grotere hoogte langzamer bewegen. Daarom wordt de algemene geluidssnelheid gemeten op zeeniveau en gebaseerd op een bepaalde temperatuur.

naam die yoga betekent

Geluid in verschillende stoffen

Omdat geluid wordt gecreëerd door de vibratie van deeltjes, is er een medium nodig om doorheen te bewegen. Dit betekent dat er geen geluid is in een vacuüm, maar betekent ook dat geluid zich door andere stoffen dan lucht kan verplaatsen. In feite beweegt geluid het langzaamst door gassen. Het beweegt meer dan vier keer sneller in water en 15 keer sneller door ijzer.

De geluidsbarrière doorbreken

Hoewel vroege luchtvaartingenieurs geloofden dat de geluidssnelheid een barrière was die onmogelijk te overtreffen was, doorbraken door de mens gemaakte objecten deze eeuwen geleden voor het eerst. Het gekraak dat van een bullwhip wordt gehoord, is een sonische knal, en zelfs vroege kogels reisden sneller dan de snelheid van het geluid. Chuck Yaeger werd de eerste persoon die sneller dan geluid vloog in een horizontale vlucht in 1947. In 2012 werd Felix Baumgartner de eerste persoon die sneller dan geluid reisde zonder een voertuig toen hij vanaf 120.000 voet parachuteerde.