Содержание
Если вы когда-нибудь наблюдали за мерцанием молний в ночном небе, а затем подсчитывали, сколько секунд понадобилось грому, чтобы достичь ваших ушей, вы уже знаете, что свет распространяется гораздо быстрее, чем звук. Это не значит, что звук распространяется медленно; при комнатной температуре звуковая волна распространяется со скоростью более 300 метров в секунду (более 1000 футов в секунду). Скорость звука в воздухе варьируется в зависимости от нескольких факторов, включая влажность.
Звуковые волны
Представьте, как молекула воздуха проникает через пространство и врезается в соседа, так что они отскакивают друг от друга, как пара резиновых шариков. Вторая молекула теперь устремляется, пока не столкнется с другой, и так далее. Каждое из этих столкновений передает энергию от первой молекулы ко второй. Вот как распространяются звуковые волны: молекулы воздуха приводятся в движение возмущением, например, вибрацией голосовых связок в вашем горле, и столкновения передают эту энергию от первого набора молекул воздуха своим соседям и так далее наружу. В конечном счете, волна передает энергию, но не материю, то есть, это волнение, а не сами молекулы воздуха.
скорость
Когда вы говорите о скорости звука, вы говорите о том, сколько времени требуется звуковой волне или возмущению, чтобы пройти от места, где она началась, к вашему уху. Скорость звуковой волны определяется средой или материалом, через который проходит волна; например, та же волна будет проходить быстрее в гелии, чем в воздухе. Каждый материал имеет два свойства, которые определяют, насколько быстро он передает звук: его плотность и его жесткость или модуль упругости.
Воздух
«Жесткость» воздуха или его модуль упругости не изменяется в зависимости от влажности. Плотность, однако, делает. При увеличении влажности увеличивается и процент молекул воздуха, которые являются молекулами воды. Молекулы воды гораздо менее массивны, чем молекулы кислорода, азота или углекислого газа, и поэтому, чем больше доля воздуха, состоящего из водяного пара, тем меньше масса на единицу объема и тем менее плотной становится воздух. Более низкая плотность приводит к более быстрому распространению звуковой волны, поэтому звуковые волны распространяются быстрее при высокой влажности. Увеличение скорости, однако, очень мало, поэтому для большинства повседневных целей вы можете игнорировать его. Например, при комнатной температуре воздуха на уровне моря звук распространяется на 0,35 процента быстрее при 100-процентной влажности (очень влажный воздух), чем при 0-процентной влажности (полностью сухой воздух).
Другие факторы
Влияние влажности на скорость звука несколько выше при более низком давлении воздуха, чем те, которые вы испытываете на большой высоте. Например, на высоте около 6000 метров (20000 футов) над уровнем моря разница между скоростью звука в сухом воздухе при комнатной температуре при влажности 0 процентов и при одинаковом воздухе при влажности 100 процентов составляет около 0,7 процента. Повышение температуры также увеличивает влияние влажности на скорость звука в воздухе, хотя, опять же, это увеличение является относительно скромным.