Η ταχύτητα του ανέμου επηρεάζει το πόσο γρήγορα τα ηχητικά κύματα ταξιδεύουν μέσα από αυτόν;

Ναι, ο άνεμος επηρεάζει την ταχύτητα του ήχου μέσα από αυτόν. Ένα ηχητικό κύμα ταξιδεύει πιο γρήγορα προς την κατεύθυνση του ανέμου και πιο αργά εναντίον του. Εκτός από ένα χτύπημα ταχύτητας ή ώθηση, ο άνεμος αλλάζει επίσης τη διαδρομή των ηχητικών κυμάτων μέσω διάθλασης.

«Θέλω να τελειώσει το lockdown τώρα!» φώναξε ο νεαρός Τιμ από το παράθυρό του.

«Σταμάτα να φωνάζεις στον άνεμο!» απάντησε η μαμά του.

Μπερδεμένος από την απάντηση της μαμάς του, ο Τιμ σκέφτηκε «Φωνάζεις στον άνεμο; Γιατί έχει σημασία? Θέλω απλώς να τελειώσει το lockdown!»

Ο Tim δεν ήξερε ότι το να φωνάζεις στον άνεμο είναι στην πραγματικότητα ένα παλιό ιδίωμα που υποδηλώνει άσκοπη επικοινωνία. Αλλά πόσο επιστημονικά αληθεύει; Είναι πραγματικά αναποτελεσματικό το να φωνάζεις στον άνεμο, δηλαδή να φωνάζεις προς την αντίθετη κατεύθυνση του ανέμου που ρέει; Αν ναι, θα φωνάξει με ο άνεμος αποδεικνύεται πιο καρποφόρος για τον Tim;

Σύντομη απάντηση? Ναι και ναι.

Έχει όντως κάποια επίδραση στα ηχητικά κύματα οι φωνές προς την κατεύθυνση ή ενάντια στην κατεύθυνση του ανέμου; Φωτογραφία:mantinov/Shutterstock)

Τι είναι ο ήχος;

Ένα τύμπανο παράγει ήχο όταν χτυπιέται το δέρμα του, οι κιθάρες όταν κόβονται οι χορδές τους και ο λάρυγγας (το φωνητικό κουτί στους ανθρώπους) όταν δονείται εξαιτίας του αέρα που ρέει μέσα του. Επομένως, ο ήχος στην απλούστερη μορφή του μπορεί να περιγραφεί ως ένα κύμα πίεσης που προκαλείται από τη δόνηση των αντικειμένων.

Δεδομένου ότι τα ηχητικά κύματα δημιουργούνται λόγω της δόνησης της ύλης, ταξινομούνται ως μηχανικά κύματα και απαιτούν ένα μέσο για να διαδοθούν, σε αντίθεση με τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα (φως). Αυτή η διάδοση συμβαίνει με τη σύγκρουση δονούμενων σωματιδίων προς την κατεύθυνση μετάδοσης. Αυτός είναι επίσης ο λόγος που ο ήχος μπορεί να ταξιδέψει μέσα από αέρια, υγρά και στερεά, αλλά όχι σε κενό, καθώς του λείπει οποιαδήποτε ύλη.

Δεδομένου ότι ένα μέσο μετάδοσης παίζει πρωταρχικό ρόλο στη διάδοση των ηχητικών κυμάτων, οποιοιδήποτε παράγοντες επηρεάζουν την κατάσταση του μέσου επηρεάζουν άμεσα τη διάδοση των ηχητικών κυμάτων μέσω αυτού. Παράγοντες όπως η θερμοκρασία του μέσου, η κατανομή των μορίων/ατόμων σε αυτό κ.λπ. παίζουν ρόλο στον καθορισμό του τρόπου διάδοσης των ηχητικών κυμάτων.

Επίδραση του ανέμου στα ηχητικά κύματα

Ενώ οι μέρες χρήσης των string phones είναι πολύ πίσω μας, συχνά φωνάζουμε για να επικοινωνήσουμε με κάποιον μακριά μας (για παράδειγμα, κάποιον κάτω από το βουνό ή στην άλλη πλευρά της λίμνης). Εδώ, όπως στις περισσότερες περιπτώσεις, ο περιβάλλων αέρας παίζει το ρόλο του μέσου. Ο άνεμος (η μαζική κίνηση του αέρα σε μια δεδομένη κατεύθυνση) μεταφέρει τον ήχο σας και υπαγορεύει πόσο γρήγορα και καθαρά θα μεταδοθεί στον δέκτη.

Ο άνεμος και ο ήχος μοιράζονται μια σχέση ανάλογη με τον κολυμβητή και το ρεύμα του νερού. Ένας κολυμβητής σίγουρα θα μπορεί να κολυμπήσει γρηγορότερα προς την κατεύθυνση του ρέματος, παρά ενάντια σε αυτό. Ομοίως, η ταχύτητα του ήχου συνδυάζεται με έναν παράγοντα ίσο με την ταχύτητα του ανέμου όταν και οι δύο κινούνται προς την ίδια κατεύθυνση και αφαιρείται όταν δεν κινούνται.

Για παράδειγμα:εάν ο άνεμος ρέει με ταχύτητα 30 μίλια/ώρα (13,4 m/s), η ταχύτητα του ήχου κατά τον άνεμο θα είναι 356,4 m/s (η ταχύτητα του ήχου στον αέρα είναι 343 m/s), ενώ η ταχύτητα του ήχου προς τον άνεμο θα είναι μειώθηκε στα 329,6 m/s. Η ταχύτητα του ανέμου πρέπει να είναι σημαντικά μεγαλύτερη για να προκαλέσει αισθητή αύξηση ή μείωση στην ταχύτητα του ήχου.

Εκτός από το να παρέχει μια μικρή αύξηση/ενίσχυση της ταχύτητας, ο άνεμος έχει πολλές ακόμα ενδιαφέρουσες επιπτώσεις στον ήχο και τη μετάδοσή του, μία από τις οποίες είναι η διάθλαση του ήχου.

Διάθλαση ηχητικών κυμάτων

Διάθλαση είναι η διαδικασία αλλαγής κατεύθυνσης και, ως αποτέλεσμα, η ταχύτητα και το μήκος κύματος ενός κύματος όταν περνά από το ένα μέσο στο άλλο. Το φαινόμενο είναι πιο αισθητό στα ελαφρά κύματα και σπάνια παρατηρείται στα ηχητικά κύματα, καθώς τείνουν να ταξιδεύουν μέσω ενός μόνο μέσου (αέρα). Ωστόσο, τα ηχητικά κύματα διαθλώνται όταν τα μέτωπα κύματος ταξιδεύουν σε ένα μέσο με ποικίλες ιδιότητες.

Επιστρέφοντας στον άνεμο, γενικά, η ταχύτητα της ροής του ανέμου είναι χαμηλή κοντά στην επιφάνεια της Γης, λόγω της παρουσίας μπλοκαρισμάτων (δέντρα, κτίρια, βουνά κ.λπ.) και η ταχύτητα αυξάνεται καθώς κινούμαστε ψηλότερα από την επιφάνεια. Αυτή η διαφορά στις ταχύτητες του ανέμου στα υψηλότερα και χαμηλότερα επίπεδα έχει ως αποτέλεσμα μια κλίση ταχύτητας. Η κλίση, με τη σειρά της, επηρεάζει την ταχύτητα του ήχου στα αντίστοιχα επίπεδα.

Τα ηχητικά κύματα που ταξιδεύουν προς την ίδια κατεύθυνση με τον άνεμο διαθλώνται προς την επιφάνεια.

Με τον άνεμο

Όταν ένα ηχητικό κύμα ταξιδεύει προς την κατεύθυνση του ανέμου, το πάνω μισό του μετώπου κύματος κινείται ταχύτερα από το κάτω μισό λόγω της διαφοράς στις ταχύτητες του ανέμου. Σε μεγάλες αποστάσεις, η διαφορά στη θέση του επάνω και του κάτω μέρους των μετώπων κύματος αυξάνεται εκθετικά. Τελικά, το ηχητικό κύμα αναγκάζεται να αλλάξει κατεύθυνση και διαθλάται προς τα κάτω προς το έδαφος.

Κόντρα στον άνεμο

Από την άλλη πλευρά, όταν ένα ηχητικό κύμα ταξιδεύει ενάντια στον άνεμο, η ταχύτητα του ήχου θα μειωθεί. Η ταχύτητα του άνω μισού του μετώπου κύματος μειώνεται πολύ περισσότερο από το κάτω μισό. Με την πάροδο του χρόνου, το πάνω μισό υστερεί σημαντικά σε σχέση με το κάτω μισό και τελικά, τα ηχητικά κύματα διαθλώνται προς τα πάνω, μακριά από το έδαφος.

Η κάμψη/διάθλαση των ηχητικών κυμάτων λόγω διαφοράς στην ταχύτητα του ανέμου συχνά οδηγεί στο σχηματισμό ζωνών σκιάς που παραμένουν χωρίς ήχο!

Τα ηχητικά κύματα που ταξιδεύουν ενάντια στην κατεύθυνση του ανέμου διαθλώνται μακριά από την επιφάνεια.

Έτσι, η διαφορά στις ταχύτητες του ανέμου έχει ως αποτέλεσμα τη διάθλαση του ήχου, η οποία καθιστά ευκολότερη την ακρόαση των ήχων που προέρχονται από μια πηγή προς τον άνεμο και πιο δύσκολη όταν η πηγή είναι αντίθετη.

Μια τελευταία λέξη

Εκτός από μια κλίση της ταχύτητας του ανέμου, παράγοντες όπως η θερμοκρασία και η πυκνότητα μπορούν επίσης να οδηγήσουν στη διάθλαση των ηχητικών κυμάτων. Οι διαθλάσεις λόγω διαφοράς στις θερμοκρασίες των τμημάτων του αέρα είναι αρκετά συχνές κοντά σε ένα υδάτινο σώμα (λίμνη ή λιμνούλα) και αντιμετωπίζονται συχνά από τους ψαράδες. Δεδομένου ότι το νερό έχει μια ψυκτική επίδραση στα μόρια του αέρα, ο αέρας τείνει να είναι ελαφρώς πιο δροσερός κοντά στην επιφάνεια του νερού, σε σύγκριση με τον αέρα μακριά από την επιφάνεια (θερμική αναστροφή). Αυτή η διαφορά στις θερμοκρασίες είναι πιο αισθητή κατά την πρωινή περίοδο, όταν ο ήλιος δεν έχει φτάσει σε πρώτη θέση για να παράγει θερμότητα. Ο ήχος ταξιδεύει πιο γρήγορα σε θερμότερο αέρα, επομένως τα ηχητικά κύματα διαθλώνται προς την επιφάνεια και διανύουν μεγαλύτερη απόσταση από το συνηθισμένο.

Αυτή η εκτεταμένη εμβέλεια/ενίσχυση των ηχητικών κυμάτων είναι ένα από τα λίγα γνωστά παραδείγματα διάθλασης ήχου "στη φύση".

Ωστόσο, τώρα που ξέρετε πώς αλληλεπιδρούν ο ήχος και ο άνεμος, φροντίστε να το χρησιμοποιήσετε προς όφελός σας εάν χρειαστεί ποτέ να καλέσετε για βοήθεια!