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空气稀薄时音速会不会变化?《张朝阳的物理课》引发音速大讨论

2021-11-22 14:49:16中国商报网 收藏0 评论0 字数1,157 分享

中国商报(记者 祖爽)“我们都知道音速是340米/秒,比光速慢很多。那么音速是怎么来的呢?音速和什么有关系?去了拉萨或雪山顶,空气稀薄,音速会变化吗?”在网友回答“会有变化”时,“物理播主”张朝阳也提出疑问,“大家都觉得音速会变慢。那么真的是这样吗?”

11月19日12时,《张朝阳的物理课》第五期开讲,搜狐创始人、董事局主席兼CEO张朝阳坐镇搜狐视频直播间,从牛顿定律出发,计算音速、推导波动方程。

张朝阳先从牛顿定律F=ma算起,假定X轴是声音传播方向,某一个x点有一段垂直于传播方向的小空气柱,面积是A,宽度为h,体积为A*h,质量密度为ρ。当在x点迎来一个波,空气柱相对x点会产生位移,移动的位移满足牛顿定律,可以用函数来表现,并得到第一个方程。“这是空气小窄条的牛顿定律的表现方式。”

随后,张朝阳算了关于压强变化和密度的关系,计算了密度和波函数的关系,最后导出波函数随时间变化的二阶导数,以及声音在空气中的波动方程,并确定波动方程的系数。

于是课程开头的提问有了答案:音速与绝对温度的平方根有关。低温时,音速会慢点,高温时,音速会快点。比如,在哈尔滨零下30℃时,音速大概损失10%;如果是在40℃的桑拿房,音速大概增加5%。不过,正常情况下,人类无法通过感官直接感受到音速变化。所以,在空气稀薄程度不同的平原、拉萨或雪山,人们感受到的音速差别不大。

今天的直播课程难度较大,使用了大量的微积分知识。张朝阳提醒网友,为了用最根本的原理解决问题,课程会涉及大学、中学物理和数学,会比较难。但“听不懂没关系。可以把我讲的分解成模块,一个不懂,听下一个,不要卡住。”

实际上,网友还可在搜狐视频“关注流”观看直播回放,通过“直播白板”复习。也有“课代表”将每堂课的笔记,发布在搜狐新闻客户端“关注流”上,便于网友查漏补缺。

自11月5日开始,《张朝阳的物理课》已直播五期。在第一、第二课中,张朝阳科普了“力”和“速度”,并现场计算出马斯克的飞船和中国空间站每日绕地飞行的圈数;第三、四课的内容则一脉相承,和“振动”相关,科普了可见光的基本知识,解释了早中晚太阳颜色不一样的原因,以及天空呈现蓝色的秘密。今天的第五课,则引发了关于声音速度的大讨论。

《张朝阳的物理课》不仅解释了生活中常见现象背后的原理,还层层深入,将知识点落到物理公式上。他通过第一宇宙速度、第二宇宙速度、库伦定律、简谐运动等,层层递进,步步演算,得出了瑞利散射、单摆、物理摆的公式。

据了解,在未来课程中,张朝阳还会科普空气作为理想气体的性质、潮汐的秘密等日常现象中涉及到的物理知识。通过设置一个个话题,以深入浅出的讲解方式,利用物理学解释生活现象,达到专业人士认可,普通人能听懂的效果,借此激发科学学习的热潮。该课程将于每周周五、周日12时在搜狐视频直播。

责任编辑:李沫楠