Teorie
V nepružném prostředí (vlna, korek, plsť apod.) se zvuk šíří špatně. Takové látky používáme jako zvukové izolátory. Jak dokázal už Otto von Guericke se svou vývěvou, ve vzduchoprázdnu se zvuk nešíří.
Otto von Guericke.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Autor: Anselmus von Hulle. Public domain.
Zvukové vlnění má všechny vlastnosti vlnění v prostoru. Pro vlnovou délku l platí vztahy
kde T je perioda a f frekvence vlnění. Vlnové délky zvuku jsou v rozmezí od 21 m pro frekvenci 16 Hz do 21 mm pro frekvenci 16 kHz.
Rychlost zvuku závisí na druhu, hustotě a teplotě prostředí, dále na přítomnosti dalších látek, vodní páry a vlhkosti vzduchu. V pevných látkách závisí na hustotě ρ a modulu objemové pružnosti K
Rychlost zvuku v plynu je úzce spojena se střední kvadratickou rychlostí molekul daného plynu. Zvuková vlna se šíří pomocí srážek mezi jednotlivými molekulami. Rychlost vlny proto nemůže být vyšší než střední rychlost molekul, neboť molekuly se pohybují všemi směry, a ne jen ve směru vlny. Rychlost zvuku v plynech závisí na tlaku p, hustotě ρ a Poissonově konstantě κ, jak v roce 1816 dokázal Pierre Laplace
Oba vztahy mají jen určité hranice použitelnosti. Kromě toho rychlost zvuku ve vzduchu závisí i na teplotě t
kde vt je velikost rychlosti zvuku při teplotě t, konstanta k = 0,6 m s–1 K–1 a v0 = 331,6 m s–1 je rychlost zvuku ve vzduchu při teplotě 0 °C. Obvykle počítáme s hodnotou 340 m s–1, která odpovídá teplotě vzduchu asi 15 °C. Měřením rychlosti zvuku ve vzduchu se zabývali Viviani, Robert Boyle, Giovanni Cassini, Christian Huygens, John Flamsteed, Edmond Halley apod. Rychlost zvuku se mění i s frekvencí, jev se nazývá disperze zvuku a teoreticky ho popsal už v roce 1880 Hendrik Lorenz. Experimentálně byl ověřen až dlouho po té, protože se projevuje až u frekvencí řádovově 103 – 105 kHz, tedy u ultrazvuku.
| prostředí | rychlost (m/s) | prostředí | rychlost (m/s) |
|---|---|---|---|
| voda | 1440 | dřevo | 4000 |
| beton | 1700 | ocel | 5000 |
| led | 3200 | sklo | 5200 |
Jako vakuum (z lat. vacuum – prázdno) označujeme prostředí, ve kterém nejsou žádné částice. Takové prostředí se ještě na Zemi ani ve vesmíru nepodařilo najít. Takže vakuum jako absolutní nic je pouze abstraktní pojem. Přiblížit se v reálu k němu můžeme snižováním tlaku = zředěním plynu. Proto ve fyzice jako vakuum označujeme prostor s tlakem nižším než je atmosférický tlak při běžné teplotě. Podle American Vacuum Society se vakuum rozděluje do několika stupňů.
| název | tlak |
|---|---|
| nízké vakuum | 105 – 103 Pa |
| střední vakuum | 103 – 10-1 Pa |
| vysoké vakuum | 10-1 – 10-4 Pa |
| velmi vysoké vakuum | 10-4 – 10-7 Pa |
| ultravysoké vakuum | 10-7 – 10-10 Pa |
| extrémně vysoké vakuum | < 10-10 Pa |
