x

هدف البحث

بحث في العناوين

بحث في المحتوى

بحث في اسماء الكتب

بحث في اسماء المؤلفين

اختر القسم

القرآن الكريم
الفقه واصوله
العقائد الاسلامية
سيرة الرسول وآله
علم الرجال والحديث
الأخلاق والأدعية
اللغة العربية وعلومها
الأدب العربي
الأسرة والمجتمع
التاريخ
الجغرافية
الادارة والاقتصاد
القانون
الزراعة
علم الفيزياء
علم الكيمياء
علم الأحياء
الرياضيات
الهندسة المدنية
الأعلام
اللغة الأنكليزية

موافق

تاريخ الفيزياء

علماء الفيزياء

الفيزياء الكلاسيكية

الميكانيك

الديناميكا الحرارية

الكهربائية والمغناطيسية

الكهربائية

المغناطيسية

الكهرومغناطيسية

علم البصريات

تاريخ علم البصريات

الضوء

مواضيع عامة في علم البصريات

الصوت

الفيزياء الحديثة

النظرية النسبية

النظرية النسبية الخاصة

النظرية النسبية العامة

مواضيع عامة في النظرية النسبية

ميكانيكا الكم

الفيزياء الذرية

الفيزياء الجزيئية

الفيزياء النووية

مواضيع عامة في الفيزياء النووية

النشاط الاشعاعي

فيزياء الحالة الصلبة

الموصلات

أشباه الموصلات

العوازل

مواضيع عامة في الفيزياء الصلبة

فيزياء الجوامد

الليزر

أنواع الليزر

بعض تطبيقات الليزر

مواضيع عامة في الليزر

علم الفلك

تاريخ وعلماء علم الفلك

الثقوب السوداء

المجموعة الشمسية

الشمس

كوكب عطارد

كوكب الزهرة

كوكب الأرض

كوكب المريخ

كوكب المشتري

كوكب زحل

كوكب أورانوس

كوكب نبتون

كوكب بلوتو

القمر

كواكب ومواضيع اخرى

مواضيع عامة في علم الفلك

النجوم

البلازما

الألكترونيات

خواص المادة

الطاقة البديلة

الطاقة الشمسية

مواضيع عامة في الطاقة البديلة

المد والجزر

فيزياء الجسيمات

الفيزياء والعلوم الأخرى

الفيزياء الكيميائية

الفيزياء الرياضية

الفيزياء الحيوية

طرائق تدريس الفيزياء

الفيزياء العامة

مواضيع عامة في الفيزياء

تجارب فيزيائية

مصطلحات وتعاريف فيزيائية

وحدات القياس الفيزيائية

طرائف الفيزياء

مواضيع اخرى

مخفي الفيزياء

علم الفيزياء : الفيزياء الكلاسيكية : الصوت :

The speed of sound

المؤلف:  Richard Feynman, Robert Leighton and Matthew Sands

المصدر:  The Feynman Lectures on Physics

الجزء والصفحة:  Volume I, Chapter 47

2024-06-15

165

Our deduction of the wave equation for sound has given us a formula which connects the wave speed with the rate of change of pressure with the density at the normal pressure:

In evaluating this rate of change, it is essential to know how the temperature varies. In a sound wave, we would expect that in the region of compression the temperature would be raised, and that in the region of rarefaction the temperature would be lowered. Newton was the first to calculate the rate of change of pressure with density, and he supposed that the temperature remained unchanged. He argued that the heat was conducted from one region to the other so rapidly that the temperature could not rise or fall. This argument gives the isothermal speed of sound, and it is wrong. The correct deduction was given later by Laplace, who put forward the opposite idea—that the pressure and temperature change adiabatically in a sound wave. The heat flow from the compressed region to the rarefied region is negligible so long as the wavelength is long compared with the mean free path. Under this condition the slight amount of heat flow in a sound wave does not affect the speed, although it gives a small absorption of the sound energy. We can expect correctly that this absorption increases as the wavelength approaches the mean free path, but these wavelengths are smaller by factors of about a million than the wavelengths of audible sound.

The actual variation of pressure with density in a sound wave is the one that allows no heat flow. This corresponds to the adiabatic variation, which we found to be PVγ=const, where V was the volume. Since the density ρ varies inversely with V, the adiabatic connection between P and ρ is

from which we get dP/dρ=γP/ρ. We then have for the speed of sound the relation

We can also write c2s=γPV/ρV and make use of the relation PV=NkT. Further, we see that ρV is the mass of gas, which can also be expressed as Nm, or as μ per mole, where m is the mass of a molecule and μ is the molecular weight. In this way we find that

from which it is evident that the speed of sound depends only on the gas temperature and not on the pressure or the density. We also have observed that

where ⟨v2⟩ is the mean square of the speed of the molecules. It follows that c2s=(γ/3)⟨v2⟩, or

This equation states that the speed of sound is some number which is roughly 1/(3)1/2 times some average speed, vav, of the molecules (the square root of the mean square velocity). In other words, the speed of sound is of the same order of magnitude as the speed of the molecules, and is actually somewhat less than this average speed.

Of course we could expect such a result, because a disturbance like a change in pressure is, after all, propagated by the motion of the molecules. However, such an argument does not tell us the precise propagation speed; it could have turned out that sound was carried primarily by the fastest molecules, or by the slowest molecules. It is reasonable and satisfying that the speed of sound is roughly 1/2 of the average molecular speed vav.