Bunyi bergerak paling laju dalam pepejal, lebih perlahan dalam cecair dan paling perlahan dalam gas, dan ia tidak boleh merentasi ruang hampa (vacuum). Sebabnya ialah bunyi ialah gelombang zarah yang bergetar, jadi betapa rapat dan kuat zarah terikat menentukan seberapa cepat getaran dipindahkan.
Kemahiran ini muncul dalam spektrum elektromagnet dan bunyi sebagai soalan perbandingan, pengiraan masa atau penerangan pendek menggunakan idea zarah.
Mengapakah medium mengubah laju?
Gelombang bunyi bersifat membujur. Zarah bergetar ke depan dan ke belakang sepanjang arah gelombang bergerak, membentuk mampatan dan regangan. Setiap zarah hanya memindahkan gangguan kepada jirannya.
Dalam gas, zarah berjauhan, jadi setiap satu mesti bergerak jauh sebelum bertemu yang seterusnya. Dalam cecair, zarah lebih dekat. Dalam pepejal, zarah paling dekat dan dikekalkan pada tempatnya oleh daya kuat, jadi gangguan merambat hampir serta-merta.
Nilai berikut ialah nilai bulat untuk perbandingan sahaja. Soalan anda akan memberi nilai yang perlu digunakan.
| Medium | Laju bunyi anggaran |
|---|---|
| Udara | 330 m/s |
| Air | 1500 m/s |
| Keluli | 5000 m/s |
| Ruang hampa | tiada bunyi |
Apakah yang kekal sama di sempadan?
Punca menetapkan frekuensi. Apabila gelombang memasuki medium baharu, frekuensi tidak berubah, tetapi laju berubah, jadi panjang gelombang berubah. Medium yang lebih laju memberi panjang gelombang lebih panjang untuk frekuensi yang sama, menggunakan panjang gelombang = laju ÷ frekuensi.
Contoh berlangkah
Bunyi berfrekuensi 440 Hz bergerak 1650 m melalui udara, kemudian jarak yang sama melalui air. (Data contoh rekaan, menggunakan laju bulat di atas.) Cari masa yang diambil dalam setiap satu dan panjang gelombang dalam setiap satu.
Langkah 1, masa, menggunakan masa = jarak ÷ laju: dalam udara, 1650 ÷ 330 = 5.0 s. Dalam air, 1650 ÷ 1500 = 1.1 s.
Langkah 2, panjang gelombang, menggunakan panjang gelombang = laju ÷ frekuensi: dalam udara, 330 ÷ 440 = 0.75 m. Dalam air, 1500 ÷ 440 = 3.4 m (kepada 2 angka bererti).
Langkah 3, semak: 330 × 5.0 = 1650 m, 1500 × 1.1 = 1650 m, 440 × 0.75 = 330 m/s dan 440 × 3.4 = 1496 m/s, hampir 1500 m/s kerana pembundaran.
Langkah 4, tafsir: bunyi merentasi jarak yang sama kira-kira 4.5 kali lebih cepat dalam air, dan panjang gelombangnya kira-kira 4.5 kali lebih panjang, manakala frekuensi kekal 440 Hz.
Kesilapan yang perlu diperhatikan
Kesilapan lazim ialah menyangka bunyi paling laju dalam gas kerana gas “mudah menyebar”. Seorang pelajar menulis “bunyi lebih laju dalam udara kerana zarah bergerak bebas”.
Jawapan yang salah: Bunyi bergerak paling laju dalam udara kerana zarah boleh bergerak ke sana sini.
Pergerakan bebas tidak membantu, kerana gangguan mesti dipindahkan dari zarah ke zarah.
Pembetulannya ialah zarah yang rapat dan terikat kuat memindahkan getaran dengan lebih cepat, jadi pepejal membawa bunyi paling laju dan gas paling perlahan. Sebutlah “zarah lebih rapat, pemindahan lebih pantas”.
Semak diri
1. Susun udara, keluli dan air mengikut laju bunyi yang bertambah dan berikan sebabnya.
Lihat jawapan
Udara, kemudian air, kemudian keluli. Zarah paling berjauhan dalam gas dan paling rapat dalam pepejal, jadi pepejal memindahkan getaran paling cepat.
2. Seorang pekerja mengetuk landasan keluli. Pekerja lain pada jarak 2000 m mendengar bunyi melalui landasan dan, kemudian, melalui udara. Gunakan 5000 m/s dan 330 m/s. Cari setiap masa.
Lihat jawapan
Keluli: 2000 ÷ 5000 = 0.40 s. Udara: 2000 ÷ 330 = 6.06, jadi 6.1 s (kepada 2 angka bererti). Semak: 330 × 6.06 = 1999.8 m. Bunyi melalui landasan tiba dahulu.
3. Mengapakah angkasawan di luar kapal angkasa memerlukan radio untuk bercakap sesama mereka?
Lihat jawapan
Angkasa hampir menjadi ruang hampa, jadi tiada zarah untuk memindahkan bunyi. Gelombang radio bersifat elektromagnet dan tidak memerlukan medium.
Ke mana pelajaran ini menuju seterusnya
Idea laju yang sama menyokong pengiraan dalam menggunakan masa gema dengan perjalanan pergi dan balik. Jika persamaan gelombang perlu diulang kaji, kembali kepada kelakuan gelombang.
Menerangkan “mengapa” dalam bahasa zarah ialah tempat pelajar kehilangan markah walaupun nombornya betul. Guru boleh mendengar penerangan anda dan memperkemasnya, seperti dalam tuisyen Physics dalam talian satu dengan satu.