במשך שנים רבות שאלו פילוסופים, 'אם עץ נופל ביער ואף אחד לא ישמע אותו, האם הוא משמיע קול?' מדענים ענו על השאלה הזו והמשיכו להבין כמה מהר עבר הצליל הזה. חישוב המהירות הזו לא היה פשוט כמו שזה נראה. בניגוד למהירות האור, מהירות הקול אינה קבועה, ומשתנים שונים משנים את מהירות הנסיעה שלו. מדענים התמידו ומבינים כעת כיצד פועל הצליל, בין אם זה קולו של סופרן או עץ שמתרסק על הקרקע.
מה זה סאונד?
בעתיד / Getty Imagesצליל הוא אנרגיה שנוצרת על ידי רעידות. כאשר עצמים רוטטים, הם גורמים לרטיטה של החלקיקים סביבם, מה שבתורו גורם לרטיטה של חלקיקים נוספים. זהו גל קול. לדוגמה, אם עץ נופל ארצה, הרעידות הנגרמות מנחיתה יוצרות גל קול. גלי קול ממשיכים עד שנגמרת להם האנרגיה ואם יש אוזניים בטווח הגל, זה אכן ניתן לשמוע.
קאובוי ביבופ אד ועין
מהי מהירות הקול?
כשמדברים על מהירות הקול, רוב האנשים מתייחסים למהירות גלי הקול שעוברים באוויר. בטמפרטורה של 68 מעלות פרנהייט, בסביבה יבשה, מהירות הקול היא בסביבות 767 מייל לשעה. המהירות משתנה בטמפרטורות שונות ומשתנה גם בהתאם לגזים הקיימים באוויר.
חוק המיתרים
במאה ה-6 לפנה'ס, הפילוסוף, המתמטיקאי ונגן הליירה, פיתגורס, בילה זמן בחקירת אופן פעולת הצליל. האגדה מספרת שעבודתו על סאונד נוצרה בהשראת מראה האופן שבו פטישים בגדלים שונים יוצרים גוונים שונים בנפחייה. סביר יותר שניסויים עם אורך המיתרים של הלירה שלו העניקו השראה לגילוי שלו שהתדר עומד ביחס הפוך לאורך המיתר. הוא ידוע כחוק המיתרים הראשון והוא חלק מהעבודות המוקלטות הראשונות על גלי קול.
סר אייזק ניוטון
TonyBagett / Getty Imagesסר אייזק ניוטון היה הראשון שפרסם מהירות לצליל. כשעמד בקולונדה בטריניטי קולג', ניוטון מחא כפיים ומדד כמה זמן לקח לצליל להדהד בחזרה לאוזניו. ללא ציוד מדידה מודרני, הוא הסתמך על מטוטלת למדידת זמן. הנתון שלו, שפורסם ב- Principia Mathematica, ירד בכ-15 אחוזים. הנוסחה שפיתח ניוטון שופרה על ידי פייר-סימון לפלס והיא ידועה בתור משוואת ניוטון-לפלס.
מדידת מהירות הקול באמצעות יריות
בתחילת המאה ה-17, הכומר וויליאם דורהאם ערך ניסויים למדידת מהירות הקול. בזמן שהוא עמד במגדל עם טלסקופ, עוזרים ירו ברובים לעבר מספר נקודות ציון מקומיות. דורהאם צפה בהבזק הירייה והשתמש במטוטלת כדי למדוד כמה זמן לקח לו לשמוע את הצליל. מכיוון שהוא ידע את המרחקים המעורבים, ניתן היה לחשב את מהירות הקול והיא נחשבת לאומדן המדויק ביותר המוקדם ביותר.
מדידת מהירות הקול עם הצינור של קונדט
pixalot / Getty Imagesאוגוסט קונדט המציא את הצינור של קונדט בשנת 1866. המנגנון מורכב מצינור שקוף המכיל כמות קטנה של אבקה דקה. כאשר נוצר צליל בקצה אחד של הצינור, האבקה מוזזת על ידי גלי הקול. הוא מתיישב במרווחים שווים ברווחים בצינור, בהתאם לאורך הגל. מדידת המרחק בין ערימות אבקה מאפשרת לחשב את מהירות הקול. מילוי הצינור של קונדט בגזים שונים מאפשר למדוד את מהירות הקול במדיומים שונים.
מדידת מהירות הקול באמצעות מיקרופונים
הדרך הפשוטה ביותר למדוד את מהירות הקול כיום היא באמצעות שני מיקרופונים. הקונספט הבסיסי זהה לרובי הציד של דורהאם, אך שעוני עצר ומכשירי הקלטה מהירים מאפשרים מרחק קצר יותר בין מקור הקול למכשיר המדידה. הצליל יכול להיות גם רך יותר מפיצוץ רובה ציד.
השפעות הגובה
lzf / Getty Imagesלטמפרטורה יש את ההשפעה הגדולה ביותר על מהירות הקול. בכל גז אידיאלי נתון, עם הרכב קבוע, מהירות הקול תלויה אך ורק בטמפרטורה. הצליל מאט ככל שהטמפרטורות יורדות, כלומר גלי קול נעים לאט יותר בגבהים גבוהים יותר. זו הסיבה שמהירות הקול הכללית נמדדת בגובה פני הים ומבוססת על טמפרטורה ספציפית.
ג'קאלופ הם אמיתיים
צליל בחומרים שונים
THEPALMER / Getty Imagesמכיוון שקול נוצר על ידי רטט של חלקיקים, הוא דורש מדיום לעבור דרכו. זה אומר שאין צליל בוואקום, אבל גם אומר שקול יכול לנוע דרך חומרים שאינם אוויר. למעשה, הקול נע בצורה הכי אטית דרך גזים. הוא נע יותר מארבע פעמים מהר יותר במים ופי 15 מהר יותר דרך ברזל.
לשבור את מחסום הקול
vtwinpixel / Getty Imagesלמרות שמהנדסי אווירונאוטיקה מוקדמים האמינו שמהירות הקול היא מחסום שאי אפשר יהיה לעבור אותו, חפצים מעשה ידי אדם שברו אותו לראשונה לפני מאות שנים. הסדק שנשמע משוט שוורים הוא בום קולי, ואפילו כדורים מוקדמים נעו מהר יותר ממהירות הקול. צ'אק יאגר הפך לאדם הראשון שטס מהר יותר מהקול בטיסה מישורית בשנת 1947. בשנת 2012, פליקס באומגרטנר הפך לאדם הראשון שנסע מהר יותר מהקול ללא רכב כאשר צנח מגובה 120,000 רגל.