Процесс передачи звуковой волны - детальный разбор.

На модерации Отложенный

Процесс передачи звуковой волны - детальный разбор.

На моей теме «Прогноз по МКТ»

http://maxpark.com/community/5654/content/3095355

Я эту тему поднял за краешек. А когда стал искать ответы на некоторые вопросы, то понял, что этот процесс следует представить как можно детальнее.

С тем, что такое газ по ТТЭ (и со многим другим) можно ознакомиться в моей первой книжке-брошюре «Физика – где правда, а где вымысел» http://sopoviuriy.narod.ru/kniga.doc

А также здесь http://sopoviuriy.narod.ru/kniga-2.rtf

и здесь http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/13487.html

Здесь я этого делать не буду.

Итак, молекулы газа по ТТЭ, в условиях близких к равновесным, не меняют своё соседство. Температуру газа определяет количество ЭТЭС приходящихся на каждую его молекулу. Чем выше температура, тем больше в составе молекул ЭТЭС, тем больше силы отталкивания между молекулами этого газа. Другими словами, чем выше температура (при том же объёме газа), тем с большей силой молекулы воздействуют друг на друга силами отталкивания превалирующими над силами притяжения. И если их насильно, т.е. механически, сближать, то силы воздействия (отталкивания) между ними возрастают.

Так как же через газовую среду передаётся звук?

Образно это можно сопоставить с витками пружины сжатия. В свободном состоянии её витки размещаются друг от друга на одном расстоянии. То есть так, как исходно по отношению друг к другу располагаются молекулы газа по ТТЭ.

Возьмём очень слабую пружину (мягкую) и достаточно длинную.

Когда одну её сторону резко подвинуть (ударить) в сторону другого конца, чтобы её смятие произошло на один или несколько витков, то можно увидеть как по ней к другому концу перемещается область из сжатых витков.

Здесь всё это доходчиво показано.

http://уроки.мирфизики.рф/index.php?catid=40:2011-11-29-17-15-09&id=138:28----&Itemid=68&option=com_content&view=article

Но! Здесь есть следующая весьма важная информация. Цитирую:

«Иначе говоря, образование упругих волн в среде обусловлено возникновением в ней упругих сил, вызванных деформацией».

Обратите внимание на то, что условием образования волн называется действие упругих сил!

Переходим к привязке этого явления к ТТЭ. Когда нечто предметное (диафрагма динамика и .д.) перемешается в сторону молекул воздуха, то этим действием на переднем плане она механически начинает сближать (спрессовывать) определённое их количество. Естественно, их энергетические поля в зоне сближения будут более сильней воздействовать друг на друга и они, дабы восстановить прежнее воздействие друг на друга будут стараться занять прежние расстояния между собой. А как это возможно? Поскольку в сторону мембраны они не могут отодвигать соседних, то им остаётся одно - смещать соседей в противоположную сторону. Таким образом во время самого процесса вторжения мембраны в зону прессования, часть молекул воздуха с другой (с противоположной ) стороны, под действием увеличенных упругих сил отталкивания молекул друг от друга, уже начинает покидать зону сжатия. Естественно, это должно происходить с весьма небольшим запаздыванием, которое характеризуется действием на молекулы газа сил инерции покоя. А тогда, когда молекулы газа, под действием сторонних сил, завершают своё перемещение в сторону от мембраны, то также в малых долях должно проявляться действие сил инерции, но уже не покоя. Но, пока в данном аспекте разбирательства это не столь существенно.

К пику процесса прессования, тогда, когда мембрана совершит максимальный путь, нарастание сил взаимного отталкивания у молекул воздуха перед мембраной прекращается, а сам процесс рассредоточения молекул перед ней будет продолжаться.

Затем мембрана начинает движение в обратном направлении и начинается процесс разряжения воздуха перед мембраной. В этот период времени в освобождаемую от сжатия зону, кроме молекул из зоны повышенного сжатия, т.е. из области находящейся непосредственно перед мембраной, будут перемешаться также и те молекулы, которые ближе с боковых сторон. Это означает, что на прежние места все оттеснённые молекулы газа уже не могут вернуться. Наличие этого фактора указывает на причины дальнейшего передвижения волн, даже тогда, когда обратно мембрана будет передвигаться с той же самой скоростью, что и в процессе прессования воздуха.

Отчасти здесь проглядывается то, что непосредственно перед мембраной будет происходить ротация молекул воздуха. То есть, частично мембрана в этих условиях работает и как открытый насос, формирующий определённый поток.

Считаю, что здесь не стоит пояснять, почему далее от мембраны волновое смещение воздуха будет распространяться вширь и выглядеть сферически.

Теперь другой важный нюанс. Если температуру газа увеличить, при том же количестве его молекул в объёме, то по ТТЭ это означает, что молекулы, находясь на тех же расстояниях между собой, начнут воздействовать друг на друга с большей силой своих энергетических полей.

А это значит, что при их смещении мембраной движущейся с той же скоростью, перераспределение молекул будет происходить более активней, т.е. с большей скоростью. Другими словами, молекулы газа начнут более быстро реагировать как на передвижение самой мембраны, так и на приближение к ним соседних молекул.

Аналогичность этого можно наблюдать в образовании и движении волн в более жесткой пружине. В ней также волна (при сохранении всего прочего) будет более быстрой, чем в более слабой пружине.

Итак, выше по ТТЭ было представлено то, как скорость звука в воздухе (также как и в других газах) зависит от температуры, т.е. от мощности воздействия молекул друг на друга своими энергетическими полями.

Теперь рассмотрим выше разобранный пример с несколько иными обстоятельствами. Пусть температура газа та же самая, но при этом давление поменялось на большее. Если рассматривать герметичный сосуд с воздухом, то, считаем, что после повышения давления путём добавления в сосуд молекул, мы обождали, пока температура в сосуде не сравняется с окружающей.

Дальнейшие обстоятельства по ТТЭ означают, и то, что молекулы в этом газе стали иметь меньшие расстояния между собой, и то, что в состав всех этих молекул стало входить меньшее число ЭТЭС.

Это происходит вследствие того, что при механическом (насильственно) сближении молекул газа, их воздействие друг на друга увеличиваются, т.е. превышают то естественное воздействие, которое происходит снаружи, т.е. в окружающей среде. Возникновение этого искусственного дисбаланса происходило вопреки природе. И природа старается его исправить и привести всё в норму.

Искусственно возникшие повышенные силы отталкивания (по отношению ко всему окружающему пространству) между количеством ЭТЭС каждой молекулы газа друг к другу, начинают сталкивать отдельные ЭТЭС с соседних молекул газа. Другими словами, происходит естественный процесс выхода теплоты из объёма сжатого газа.

Итак, после того, как воздух в неком пространстве искусственно сдавили, и из него вышла определённое количество ЭТЭС, т.е. условия приблизились к равновесным, молекулы воздуха установились в своём соседстве с другими на более близких расстояниях. Поскольку давление воздуха на стенки стало больше, то это означает, что количество вывода ЭТЭС нивелировалось именно под это давление при этом расстоянии между молекулами. Тут ничего странного нет. Как известно, при нарушении где-либо какого-либо естественного соотношения, природа старается сгладить разницу.

А теперь рассмотрим следующий нюанс.

Пусть в ранее рассмотренном примере мембрана совершает своё движение более медленно, но размер её пути остаётся таким же.

В этом случае скорость действия энергетических полей остаётся постоянной. Это значит, и скорость самой реакции молекул на внешнее воздействие остаётся той же самой. При этих условиях волна вытягивается по времени её образования, притом, что скорость её перемещения остаётся той же самой.

Из этого следует, что по ТТЭ скорость звуковой волны не должна зависеть от скорости её излучателя.

 

Интересный нюанс! В учебниках говориться, что скорость звука в воздухе (как и в любом газе) зависит от его плотности. При этом указывается, что от его давления скорость звука не зависит, а зависит только от температуры газа.

Но! Если имеется ввиду только один тип рассматриваемых элементов материи, то термин «повышенная плотность» обычно сопоставляется с большим количеством элементов материи в единице объёма. И если таких материальных элементов в единице объёма больше, то, сопоставляя известную информацию, на ум приходит мысль, что в такой среде, поскольку расстояния между элементами меньше, волновые возмущения должны передаваться более быстрее.

И возникает некоторое недоумение – почему возникает это несоответствие?

Попробуем немножко пролить света и на эту ситуацию .

Здесь я хочу обратить внимание на то, что при уменьшении объёма газа в два раза, молекулы сокращают расстояние между собой далеко не в два раза. Эта цифра гораздо меньше. Если считать, что молекулы газа находящегося в равновесных условиях отстоят друг от друга на одинаковом расстоянии, то получиться, что они как бы расположены на вершинах тетраэдров, которыми заполнен весь рассматриваемый газовый объём. А если объём тетраэдра изменять в двое, то расстояния между его вершинами изменяется в 1,2599 раза. Это говорит о том, что цифры давления газа (в атмосферах) не формируют реальную полноту картины, по которой мы должны оценивать её влияние на зависимость скорости распространения звуковой волны при изменении давления.

На этом я заканчиваю рассмотрение прохождения звуковых волн в газовой среде.

Не секрет, что в природе всё (все движения чего-либо!) происходит под действием конкретных сил от конкретных элементов. И в данной статье я постарался детально представить последовательную работу сил взаимодействия между конкретными элементами материи, которые в своей сумме выливаются в достаточно полное объяснение всего физического процесса передачи звуковых волн.

Теперь предлагаю почитателям МКТ предоставить объяснение этому процессу на таком же детальном уровне. Хоть своё, хоть из какого-либо учебника, но как можно детальнее. Что бы было, что с чем сравнивать.

До сих пор я в литературе не видел достаточно ясного объяснения ни постоянства скорости звука, ни того почему эта скорость зависит от температуры. Все те «объяснения» которые я видел, начинались и заканчивались одной строкой, в которой скорость звуковой волны привязывалась (без раскрытия механизма привязки) к скорости хаотического движения молекул газа.

Итак, если есть что предложить для сравнения, то пусть сторонники МКТ это сделают. Если нет, то …

Для справки.

Пословица - «на нет и суде нет» здесь не актуальна.

С уважением ко всем здравомыслящим, Юрий Сопов.