Dlaczego podróżowanie dźwiękiem lepiej z wiatrem?

Być może zauważyłeś, że lepiej słyszysz dźwięk, który pochodzi raczej z wiatrów niż z wiatrów. Zakładamy, że dzieje się tak, ponieważ wiatr „popycha hałas”. Niestety dla naszych intuicji można łatwo wykazać, że siła ta jest zbyt mała, aby uwzględnić obserwowany efekt.

Prędkość dźwięku w powietrzu wynosi około 760 mil na godzinę (1223 km / h). Jeśli typowy wiatr wieje z prędkością 30 mil na godzinę, jest to tylko 4% prędkości dźwięku, co oznacza, że ​​wiatr może jedynie skrócić lub zwiększyć odległość, którą dany dźwięk musi pokonać o tę wartość. Różnica byłaby zbyt subtelna, aby uchwycić ją ludzkie ucho, więc oczywiście nie odkrywa to źródła tego zjawiska.

Rzeczywiste rozwiązanie jest dołączone do fizyków właściwości zwanych lepkością. Ze względu na lepkość prędkość wiatru w pobliżu ziemi jest w rzeczywistości wolniejsza niż prędkość na większych wysokościach. Zderzenia między cząsteczkami powietrza a ziemią powodują efekty turbulencji, które uniemożliwiają szybkie przenoszenie fal wzdłuż tego poziomu powietrza.

Jeśli powietrze ma jednolitą temperaturę, zmiana lepkości wraz z wysokością powoduje przyspieszenie fali dźwiękowej wzdłuż górnych warstw powietrza. Powoduje to, że fala przechyla się w dół, co czyni ją bardziej słyszalną dla ludzkiego słuchacza. To zjawisko przekierowania nazywa się refrakcją. Kiedy fala porusza się pod wiatr, załamuje się w przeciwnym kierunku - w górę. W rzeczywistości, jeśli unosisz się nad ziemią w obszarze pod wiatr od źródła, usłyszysz dźwięk dość wyraźnie, z powodu odbicia fal w twoim kierunku.

W obszarze o jednakowej temperaturze i bez wiatru fale dźwiękowe zawsze przemieszczają się na zewnątrz z równą prędkością od źródła. Jak widzieliśmy, nie zawsze tak jest.