Nieprzekraczalna prędkość dźwięku

Fot. Fotolia
Fot. Fotolia

W normalnych warunkach fale dźwiękowe nie mogą przekraczać prędkości 36 kilometrów na sekundę - informuje pismo “Science Advances”.

W różnych materiałach dźwięk rozchodzi się z różną prędkością. W helu jest prawie trzy razy szybszy niż w powietrzu – dlatego ryzykowne eksperymenty z wdychaniem helu sprawiają, że głos staje się piskliwy. Odwrotnie jest w przypadku sześciofluorku siarki, który sprawia, że głos się obniża. W gumie dźwięk osiąga tylko 30 metrów na sekundę, natomiast najszybszy jest w diamencie - aż 18 000 metrów na sekundę. Fale dźwiękowe przemieszczają się przez materiał, gdy jedna cząsteczka zderza się z inną. Prędkość fali zależy od różnych czynników, w tym od typów wiązań chemicznych utrzymujących razem materiał i masywności jego atomów.

Jak wykazał Kostya Trachenko i jego współpracownicy z Queen Mary University of London, w warunkach występujących naturalnie na Ziemi żaden materiał nie może przenosić fal dźwiękowych z prędkością większą od około 36 000 metrów na sekundę (ponad 100 razy większą niż typowa prędkość dźwięku przemieszczającego się w powietrzu – 340 metrów na sekundę). Wartość ta opiera się na fundamentalnych stałych fizycznych, które określają właściwości i interakcje cząstek subatomowych. Są to prędkość światła i stała struktury subtelnej (która określa siłę, z jaką naładowane elektrycznie cząstki odpychają się i przyciągają). W połączeniu we właściwym układzie z inną stałą - stosunkiem mas protonu i elektronu - liczby te dają ograniczenie prędkości dźwięku.

Rola podstawowych stałych w maksymalnej prędkości dźwięku wynika ze sposobu, w jaki fale przechodzą przez materiały. Dźwięk przemieszcza się dzięki oddziaływaniom elektromagnetycznym elektronów sąsiednich atomów, gdzie do gry wchodzi stała struktury subtelnej. A stosunek masy proton-elektron jest ważny, ponieważ chociaż w interakcje wchodzą ze sobą elektrony, w rezultacie poruszają się jądra atomów.

Limit dotyczy tylko ciał stałych i cieczy pod ciśnieniem typowym dla Ziemi. Pod ciśnieniem około 6 milionów razy większym niż w atmosferze ziemskiej fale dźwiękowe mogą poruszać się szybciej i przekroczyć limit.

Jedyny materiał, w którym dźwięk mógłby poruszać się w pobliżu limitu prędkości to metaliczny wodór - jednak w warunkach ziemskich nie może on istnieć, potrzebne są ogromne ciśnienia występujące na przykład w jądrach wielkich planet. Nie udało się go także w przekonywujący sposób wytworzyć eksperymentalnie. (PAP)

Autor: Paweł Wernicki

pmw/ agt/

Fundacja PAP zezwala na bezpłatny przedruk artykułów z Serwisu Nauka w Polsce pod warunkiem mailowego poinformowania nas raz w miesiącu o fakcie korzystania z serwisu oraz podania źródła artykułu. W portalach i serwisach internetowych prosimy o zamieszczenie podlinkowanego adresu: Źródło: naukawpolsce.pl, a w czasopismach adnotacji: Źródło: Serwis Nauka w Polsce - naukawpolsce.pl. Powyższe zezwolenie nie dotyczy: informacji z kategorii "Świat" oraz wszelkich fotografii i materiałów wideo.

Czytaj także

  • Galaktyka M31 w Andromedzie. Obraz stanowi połączenie danych z różnych długości fali z przypisanym im dla wizualizacji barwami. Źródło: NASA, Marcel Drechsler, Xavier Strottner, Yann Sainty & J. Sahner, T. Kottary, przetwarzanie obrazu: L. Frattare, K. Arcand, J. Major.

    NASA pokazała zdjęcie galaktyki w Andromedzie w nietypowym ujęciu

  • Fot. Adobe Stock

    Badania: woda wcale nie jest najlepszym płynem nawadniającym, lepsze jest np. mleko

Przed dodaniem komentarza prosimy o zapoznanie z Regulaminem forum serwisu Nauka w Polsce.

newsletter

Zapraszamy do zapisania się do naszego newslettera