소리의 속도는 무엇이며 어떻게 찾았습니까?

여러 해 동안 철학자들은 '나무가 숲에 쓰러졌는데 그것을 들을 사람이 아무도 없으면 소리가 나는가?'라고 물었습니다. 과학자들은 그 질문에 답하고 그 소리가 얼마나 빨리 이동하는지 알아냈습니다. 그 속도를 계산하는 것은 생각만큼 간단하지 않았습니다. 빛의 속도와 달리 소리의 속도는 일정하지 않으며 다양한 변수에 따라 이동하는 속도가 달라집니다. 과학자들은 끈기 있게 노력했고 이제 소프라노의 목소리든 땅에 부서지는 나무든 상관없이 소리가 어떻게 작동하는지 이해하고 있습니다.

사운드란?

소리는 진동에 의해 생성되는 에너지입니다. 물체가 진동하면 주변의 입자가 진동하여 더 많은 입자가 진동합니다. 이것은 음파입니다. 예를 들어 나무가 땅에 떨어지면 나무가 땅에 떨어질 때 발생하는 진동이 음파를 생성합니다. 음파는 에너지가 소진될 때까지 계속되며, 파동 범위 내에 귀가 있으면 실제로 들을 수 있습니다.

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소리의 속도는 무엇입니까?

소리의 속도에 대해 말할 때 대부분의 사람들은 음파가 공기를 통과하는 속도를 언급합니다. 건조한 환경에서 화씨 68도의 온도에서 음속은 시속 약 767마일입니다. 속도는 온도에 따라 달라지며 공기 중에 존재하는 가스에 따라 달라집니다.

끈의 법칙

기원전 6세기에 철학자이자 수학자이자 거문고를 연주하는 피타고라스는 소리가 작동하는 방식을 연구하는 데 시간을 보냈습니다. 전설에 따르면 소리에 대한 그의 작업은 대장간에서 서로 다른 크기의 망치가 서로 다른 음색을 만드는 방식을 보고 영감을 받았다고 합니다. 그의 거문고 현의 길이에 대한 실험은 주파수가 현의 길이에 반비례한다는 발견에 영감을 주었을 가능성이 더 큽니다. 이것은 현의 제1법칙으로 알려져 있으며 음파에 대한 최초의 기록된 작업 중 일부입니다.

아이작 뉴턴 경

아이작 뉴턴 경은 소리의 속도를 최초로 발표했습니다. 트리니티 칼리지(Trinity College)의 열주에 서서 뉴턴은 손뼉을 치며 소리가 귀에 다시 울리는 데 걸리는 시간을 측정했습니다. 현대적인 측정 장비 없이 그는 진자에 의존하여 시간을 측정했습니다. Principia Mathematica에 발표된 그의 수치는 약 15% 정도 떨어졌습니다. Newton이 개발한 공식은 Pierre-Simon Laplace에 의해 개선되었으며 Newton-Laplace 방정식으로 알려져 있습니다.

총소리로 음속 측정하기

1700년대 초, William Durham 목사는 음속을 측정하는 실험을 했습니다. 그가 망원경으로 탑에 서 있는 동안 조수들은 여러 지역 랜드마크에 총을 쏘았습니다. Durham은 총성의 섬광을 관찰하고 진자를 사용하여 소리를 듣는 데 걸리는 시간을 측정했습니다. 그는 관련된 거리를 알고 있었기 때문에 음속을 계산할 수 있었고 합리적으로 가장 정확한 추정치로 간주됩니다.

쿤트관으로 음속 측정하기

August Kundt는 1866년에 Kundt의 관을 발명했습니다. 이 장치는 소량의 미세한 분말이 들어 있는 투명한 관으로 구성되어 있습니다. 관의 한쪽 끝에서 소리가 나면 음파에 의해 가루가 움직인다. 파장에 따라 튜브에서 균일한 간격으로 침전됩니다. 가루 더미 사이의 거리를 측정하면 음속을 계산할 수 있습니다. 쿤트관에 다른 기체를 채우면 음속을 다른 매질에서 측정할 수 있습니다.

마이크를 사용한 음속 측정

오늘날 음속을 측정하는 가장 간단한 방법은 두 개의 마이크를 사용하는 것입니다. 기본 개념은 더럼의 산탄총과 같지만 스톱워치와 빠른 녹음 장치를 사용하여 음원과 측정 장치 사이의 거리를 더 짧게 할 수 있습니다. 소리는 또한 샷건 폭발보다 더 부드럽습니다.

고도의 영향

온도는 음속에 가장 큰 영향을 미칩니다. 일정한 조성으로 주어진 이상 기체에서 음속은 전적으로 온도에 의존합니다. 온도가 떨어지면 소리가 느려지므로 음파가 더 높은 고도에서 더 천천히 움직입니다. 이것이 일반적인 음속이 해수면에서 측정되고 특정 온도를 기반으로 하는 이유입니다.

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다른 물질의 소리

소리는 입자의 진동에 의해 생성되기 때문에 통과하는 매질이 필요합니다. 이것은 진공 속에 소리가 없다는 것을 의미하지만 소리는 공기 이외의 물질을 통해 이동할 수 있음을 의미합니다. 사실, 소리는 가스를 통해 가장 천천히 움직입니다. 물에서는 4배, 철에서는 15배 빠르게 움직입니다.

사운드 장벽을 깨다

초기 항공 엔지니어들은 음속이 넘을 수 없는 장벽이라고 믿었지만, 인공 물체는 수세기 전에 처음으로 그것을 깨뜨렸습니다. 채찍에서 들리는 균열은 소닉붐으로, 초기의 총알도 음속보다 빠르게 날아갔다. 척 예거(Chuck Yaeger)는 1947년 수평 비행에서 음속보다 빠른 속도로 비행한 최초의 사람이 되었습니다. 2012년에 펠릭스 바움가르트너(Felix Baumgartner)는 120,000피트에서 낙하산을 하여 차량 없이 음속보다 빠른 속도로 여행한 최초의 사람이 되었습니다.