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  • 1 # 科技領航人

    地球上風速遠沒有在空氣中的聲速快,目前我們將風的等級劃分為0-18個等級,0級風表示沒有風感,看煙筒冒出煙是直的,從科學上說將0-0.2米/秒範圍內風速定義為0級風。風的等級越高,風速越快,目前地球上最快風速是18級風,風的速度大於61.2/秒,但這樣的風在地球上非常罕見,能被檢測到機會很少。而現在已經測得空氣中常溫常壓下聲波速度是344m/s,淡水中為1430m/s,海水中1500m/s,鋼鐵中5800m/s,鋁中6400m/s,石英玻璃中5370m/s。

    圖注:朝著風向或逆風喊叫真的對聲波有影響嗎?

    在空氣中雖然風沒有聲音快,但風確實會影響聲音透過它的速度。聲波在風的方向傳播得更快,在風的方向傳播得更慢。除了減速或助推外,風還透過折射改變聲波的路徑。所以逆風說話時,在同樣的時間範圍內,聲音傳播距離會短一些。

    什麼是聲音?

    鼓在被擊打時發出聲音,吉他在撥動琴絃時發出聲音,喉部(人類的音箱)因空氣流過而振動。因此,最簡單形式的聲音可以描述為物體振動引起的壓力波。

    由於聲波是由於物質的振動而產生的,所以它們被歸類為機械波,需要一種介質來傳播,而不像電磁波(光)。這種傳播是透過振動粒子在傳播方向上的碰撞而發生的。這也是為什麼聲音可以穿過氣體、液體和固體,但不能穿過真空,因為它缺少物質。

    由於傳輸介質在聲波傳播中起著至關重要的作用,任何影響介質狀態的因素都會直接影響聲波在介質中的傳播。介質的溫度、分子/原子在介質中的分佈等因素都對聲波的傳播起著決定作用。

    風對聲波的影響

    雖然使用有線電話的日子已經遠去了,但我們經常會大喊大叫地與遠離我們的人(例如,山下或湖對岸的人)交流。在這裡,和大多數情況一樣,周圍的空氣起著媒介的作用。風(空氣在給定方向上的整體運動)攜帶你的聲音,並指示它將以多快、多清楚的速度傳送到接收器。

    風和聲音有一種類似於游泳者和水流的關係。游泳者肯定能朝著水流方向遊得更快,在同等能耗的基礎上,逆流而上則會減慢速度。類似地,當風與聲音的方向都在同一個方向上移動時,聲速被一個等於風速的因子複合,當這兩個方向都不在同一個方向上移動時,聲速被減慢。

    例如:當風速為13.4米/秒時,聲音的下風速度為357.4米/秒(空氣中的聲音速度為344米/秒),而聲音的逆風速度將降低到330.6米/秒。風速需要顯著提高,才能使聲音的速度明顯增加或減少。

    聲波折射

    折射是指波從一種介質傳播到另一種介質時,其方向的變化過程,其結果是波的速度和波長髮生改變。這種現象在光波中最為明顯,在聲波中很少見到,因為它們往往透過單一介質(空氣)傳播。然而,當波陣面在具有不同性質的介質中傳播時,聲波會發生折射。

    回到風中,由於有障礙物(樹木、建築物、山脈等)的存在,通常情況下,在地表附近的風速很低,並且隨著我們離地表越來越高,風速也會增加。這種在較高和較低水平風速的差異導致速度梯度。梯度,反過來,影響在各個級別的聲速。

    圖注:與風同向傳播的聲波被折射到表面。

    當聲波沿風向傳播時,由於風速的不同,波前的上半部分比下半部分移動得更快。在長距離上,波前頂部和底部位置的差異呈指數增長。最後,聲波被迫改變方向,向下折射到地面。

    另一方面,當聲波逆風傳播時,聲速會降低。波前上半部分的速度比下半部分降低得多。隨著時間的推移,上半部分明顯落後於下半部分,最終聲波會向上折射,遠離地面。

    由於風速的不同,聲波的彎曲/折射常常導致陰影區的形成,這些陰影區仍然沒有任何聲音!

    圖注:逆風傳播的聲波會從地表向高空折射出去。

    因此,風速的差異會導致聲音的折射,這使得從順風的源頭髮出的聲音更容易聽到,而在逆風的源頭則更難聽到。

    總結

    除了風速梯度外,溫度和密度等因素也會導致聲波的折射。在水體(湖泊或池塘)附近,由於空氣溫度不同而產生的折射現象非常普遍,漁民經常會遇到這種情況。由於水對空氣分子有冷卻作用,與遠離水面的空氣相比,靠近水面的空氣往往要稍微冷一些(熱轉化)。這種溫度差異在早晨太陽還沒有到達產生熱量的最佳位置時最為明顯。聲音在溫暖的空氣中傳播得更快,因此聲波會被折射到表面,並且傳播的距離比通常要遠。

    這種聲波的延伸/放大是“野外”為數不多的已知聲折射例子之一。

    儘管如此,既然你知道了聲音和風是如何相互作用的,如果你需要求助風,一定要利用它為你帶來好處!

  • 2 # 聖劍17

    哈哈!現代飛機幾倍音速飛行,而飛機的速度是由發動機高速氣流反推而實現的,也就說發動機所噴射的氣流速度可能要百倍飛機速度。飛機的速度都超音速了!飛機火焰筒保留著火苗兒。。

    聲波只要是指聲音在空氣中的傳播,同時也和氣體流有關。聲波屬於機械波,特點就是必須具有能量和參與本行為的物質進行能量交替性交換。

    飛行員在飛機裡說話,你能聽到飛機發動機的聲音,而飛行員的話語聲聽不見,這裡有為什麼了嗎!聲音的傳播和能動參與聲波傳遞的效力有關。。

    這麼高科技的知識,還是進一步的研發為好,這幾乎可以得獎的題目怎麼可以輕易示人啊!您的科技比較高階,受不了!請您不要在提問俺!吉祥快樂

  • 3 # 使用者名稱辰悟

    謝謝悟空問答平臺給於平民,一個這樣專業性知識的邀請答題!聲速如果只限於科技工作者以測出的常規聲速每秒34O米來說,風速在不設定一切條件的情況下,風速是可以超過以知常規下的聲速的。比如:風速在大當量的氫彈、原子彈爆炸時短時間內的風速就會超過聲速。在宇宙中的星系恆星和太陽它們在飛行運動時產生的超強風速,都會超過聲速的。逆風說話,聲音傳播距離短,這是事實,因為在日常人們感受到風速流動中的風力能動力,只有大於地球的地磁引力能時,風速風能才能飛行,這也是聲速能在傳播時的人,只要站在一定距離和右著不同的風速時,就以這個站在逆風距離聲源點50米處的人來說,這個人聽到呼叫的聲音傳播,就會因不同的風速,有著不同的感知的!風速越大,這個站在逆風人聽到的聲音就會越遲。謝謝

  • 4 # 量子科學論

    由於聲音傳播的時候需要介質,生活中充當聲音傳播媒介最多、最熟悉的就是空氣了。風是空氣的運動,聲音又是空氣粒子的振動傳遞,那這麼兩個誰更快呢?逆風說話對聲速有沒有影響呢?下面就說這兩個問題。

    風速VS聲速

    簡單的答案是:風的速度可以比聲速更快。風只是一團空氣在太空中的大體積、大質量運動,從原則上講,它與一列高速行駛的火車、一顆掠過太空的彗星、一架飛機沒有什麼不同。

    對於有質量物體的運動速度,唯一的限制是光速在真空中的普遍速度限制。聲速在宇宙中不是像光速那樣的基本速度。聲速只是描述了機械波在物質中傳播的速度。不同的材料有不同的聲速。風速和聲速是完全不同的東西。

    風速是一大塊空氣相對於靜止的外部觀察者移動的速度,因此風速是相對的。另一方面,聲速是材料內部振動波相對於該材料的速度,因此不依賴於任何框架。如果你選擇正確的參照系,你可以讓風以接近光速的速度前進。

    比如,你客廳裡的空氣相對於你來說是靜止的,而地球上的風相對於銀河系中心的速度也快得令人窒息。國際空間站上的空氣相對於地球的速度是聲速的20倍,但空間站上的宇航員可以很好地說話,並透過空氣來發送聲音。

    話雖如此,地球表面的大陣風一般不會以接近聲音的速度傳播。

    如果風的速度比聲速快,會發生什麼?

    在這種情況下,風的速度比聲速快仍然只是風。但是,如果超音速風擊中一個靜止的物體,就會產生音爆,使那個物體受到強有力的撞擊,並且解體。一架噴氣式飛機在靜止的空氣中以高於音速的速度飛行,這與風在靜止的噴氣式飛機中以高於音速的速度吹過是一樣的。

    在超音速風洞中,風的速度比音速快。

    在這兩種情況下,都產生了相同的音爆。實際上,這就是超音速風洞背後的工作原理。風速比聲速還快,如果風打在靜止的樹木、房屋和岩石上,就會產生音爆。請注意,如果真的有大的、持續的、由天氣引起的、比相對於地面的聲速還快的風,那麼我們需要擔心的就不僅僅是音爆了。空氣中的聲速約為每小時1200公里(340米/秒)。持續的風速超過每小時100公里,都足以將樹木連根拔起,摧毀建築物,汽車滿天飛。如果風速達到每小時1200公里,那麼地面上沒有任何東西可以完整的存在。

    逆風說話,聲音傳播距離更短嗎?

    為什麼當一個遙遠的聲音隨風傳播時更容易被聽到?為什麼聲音逆風傳播時會變弱呢?先想一下你有這樣的經歷嗎?

    當你逆風站立時,不管你喊得多大聲,你的遠方的朋友都聽不到你的聲音,但他們說話你卻能聽得很清楚。是風散射了聲波嗎?令人驚訝的是,這種現象與折射有關!

    當聲波和風一起傳播時,也就是順風傳播,它在空中傳播得速度更快。一般來說,由於障礙物的存在,靠近地面的風速較低,因此風速隨高度的增加而增大(上圖)。折射是由於聲音在上部和下部區域的速度不同造成的,就像聲波在不同介質中傳播速度不同一樣。聲波將被折射到聲速較低的區域,因此聲波在隨風傳播時將被向下折射,從而可以傳播到更遠的地方。

    相反,當聲波逆風傳播時,即當聲波與風向相反時,聲速會被風速降低,從而導致上部區域的速度降低。根據上述原理,聲波將被向上折射,此它不容易到達遠處的人。

    綜上所述,風其實是一個實體物質,它的傳播速度只受制於宇宙極限速度光速的限制,是可以比聲速更快的。而且,順風可以讓聲速隨介質傳播的更快,更遠,因此下次喊人的時候,儘量站在順風口!

  • 5 # 重粒子風暴

    謝邀請!風速當然能比聲速更快,逆風說話傳播速度慢,距離短;順風說話傳播速度快,距離遠。問題是為什麼聲速並不快,而且是相對恆定的?我認為這和空氣震動的傳播機制有關,過快的空氣分子與其他空氣分子相撞,會釋放光子而減速,只有接近相對聲速的空氣分子與其他空氣分子相撞,才會透過交換定量的電磁粒子或聲子等能量粒子,使得空氣分子的波動傳播速度基本恆定。當然,不同的介質以及不同的密度,聲速是不同的。

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