Когда две молекулы сталкиваются, возникает ли звук?

Когда мы находимся в пустой комнате, где никого нет, мы не слышим никаких звуков, но в одно и то же мгновение сталкиваются миллиарды атомов и молекул.

Итак, мой вопрос: когда две молекулы сталкиваются, возникает ли звук?

Звук — это не тип энергии, который «производится» при столкновении (в отличие от света, о котором можно думать таким образом). «Звук» — это название, которое мы даем определенному колебанию частиц данной среды (например, воздуха или воды), и в таких колебаниях обычно участвуют миллионы частиц.
Как звукоинженер-любитель, могу заверить вас, что в вашей комнате очень много звука, вы просто не услышите его без механической помощи.
Как известно, в космосе нет звука, потому что нет воздуха. Звук передается по воздуху молекулами воздуха, сталкивающимися друг с другом. Когда два атома или молекулы сталкиваются друг с другом, они не издают ни звука. Чтобы издать звук, им пришлось бы столкнуться с большим количеством молекул, и эта цепочка сталкивающихся молекул должна была бы достичь ваших ушей.
Я думаю, что определение звука здесь важно. Текущий ответ великолепен, но он конкретно говорит о «звуках», слышимых человеческим ухом. Есть множество неслышимых «звуков» — где провести черту? Когда вы смотрите на звук строго как на вибрацию, разве две молекулы, сталкиваясь технически, не создают звуковую волну в локальной среде (следующий, может быть, 10-атомный радиус?) - весь комментарий ставит под сомнение, а не констатирует - idk

Ответы (3)

Звуковая волна — это синхронизированное движение миллионов и миллионов атомов или молекул. Случайные столкновения атомов или молекул не синхронизированы и не создают звуковой волны.

Звуковая волна подобна волне стадиона на большом спортивном стадионе. Вы получите волну только в том случае, если люди будут двигаться синхронно, каждый человек встанет сразу после своего соседа. Если люди просто встают и садятся наугад, то волны нет.

Можно конкретизировать свой ответ: конечно, отдельные атомы будут издавать звук, но он настолько низок, что не будет заметен нашим ушам. Только когда несколько тысяч атомов/молекул действуют синхронно, как в настоящей звуковой волне, интенсивность становится достаточно высокой, чтобы ее можно было заметить вашим ухом. Насколько мне известно, существует техническое оборудование (т.е. микрофоны), которые настолько чувствительны, что могут обнаруживать движение одиночных молекул как белый шум.
@HartmutBraun Я бы сказал, что столкновение отдельных атомов не создает звуковой волны, потому что столкновение не создает синхронизированного паттерна движения соседних атомов.
@HartmutBraun, звук в воздухе - это волны атмосферного давления. Если вы поймете, что на самом деле означает «давление воздуха», то поймете, насколько абсурдно думать, что одна молекула, сталкиваясь с другой, издает звук любой интенсивности . Это все равно, что предположить, что если вы можете построить город из кирпичей, то имеет смысл сказать, что один кирпич — это просто очень маленький город — не очень хорошая аналогия, но это самое близкое, что я могу придумать в начале. утро.
@SolomonSlow, вы правы, что бессмысленно говорить, что две молекулы издают звук при столкновении. Но когда одна молекула попадает в барабанную перепонку, это производит заметный звук, когда молекула несет достаточно энергии. Звук, издаваемый дождем, является более или менее белым шумом и в этом отношении он идентичен белому шуму, создаваемому треском молекул воздуха на барабанной перепонке, только громкость последнего намного меньше. Возможно, это вопрос определения слова «звук».
@HartmutBraun на самом деле, чувствительность слуха животных развилась так, что нижний предел «слуха» почти идентичен случайному шуму, создаваемому движением отдельных молекул воздуха. Нет дополнительного информационного содержания (и, следовательно, нет эволюционного преимущества), чтобы сделать его более чувствительным. Вы не испытываете «тишину» в безэховой камере. Вы можете «слышать» вещи, которые ваш мозг не знает, как интерпретировать, например кровь, текущую по капиллярам в ушах. Результат может быть очень дезориентирующим.
@SolomonSlow Все , что вы слышите, вызвано столкновением отдельных молекул воздуха с датчиками в ваших ушах. Идея о том, что «давление воздуха» или «звук» — это плавно меняющаяся функция времени, — это всего лишь (очень полезная) аппроксимация того, что происходит на самом деле.
Беспорядочное (несинхронизированное) движение молекул воздуха также производит звук. Обычно этот тип звука называют «нойзом», но это тоже звук.
@HartmutBraun - это такой классный пример более ориентированной на физику версии проблемы "если дерево упадет в лесу..." - мы говорим о вибрациях барабанной перепонки или о волне давления в воздухе . Я думаю, что в своем вопросе ОП предполагает, что разумно говорить о двух молекулах, сталкивающихся «там», создавая волну давления, которая затем может дойти до чьего-то уха, а другие пытаются указать, что это не так, поскольку это слишком «увеличено». ", чтобы разумно относиться к среде как к континууму.
@FilipMilovanović Я согласен. Но дискуссия ушла и стала независимой от исходного вопроса (как обычно, могу добавить ;-)). Тем временем ОП уже принял ответ.
@RBarryYoung Случайные движения атомов / молекул газа создают постоянное давление (в макроскопических масштабах времени). В звуковой волне движения большого количества атомов/молекул должны быть синхронизированы, хотя эти движения не обязательно являются периодическими. Таким образом, шум представляет собой синхронизированное, но апериодическое движение.
@SolomonSlow: Звук в воздушных волнах на самом деле не давление воздуха. Это изменения атмосферного давления. Изменения вызывают движения, которые регистрируются датчиками. Одна молекула может вызвать такое же движение и быть обнаружена достаточно чувствительными датчиками. Является ли это «звуком» в соответствии с каким-то конкретным учебником, не имеет особого отношения к тому, воспримете ли вы это как таковое.
@alephzero, я отвечал на утверждение Хартмута о том, что «отдельные атомы будут издавать звук». Конечно, я понимаю, что явление, которое мы называем звуком, возникает в результате коллективного поведения огромного количества молекул, но идея о том, что отдельный атом может издавать звук, в лучшем случае... вводит в заблуждение.
@MichaelS, вы, должно быть, неправильно прочитали мой комментарий. Я никогда не говорил, что звук — это давление воздуха. Я сказал, что это волны. Конечно, если вы собираетесь сказать «волны», то полезно будет сказать, что именно машет. Я сказал, что это волны давления воздуха.
Сегодня это второй горячий вопрос, ответ на который напоминает волну стадиона: physics.stackexchange.com/a/656673/106977 .

Звуковая волна частотой 20 кГц при скорости звука 343 м/с имеет длину волны 17 мм ( ф λ "=" в ), намного больше, чем длина свободного пробега молекул в воздухе (примерно 68 нм ), длина волны, которую вы могли бы приписать такому столкновению. Это означает, что частота такого столкновения будет выше верхнего предела человеческого слуха. Такое столкновение высвободило бы энергию < 3 к Б Т ∼ 10 − 20 Дж.

На практике звуковые волны являются решением гидродинамических уравнений, которые предполагают жидкостное приближение, где нам уже разрешено рассматривать воздух не как отдельные молекулы, а как жидкость.

Но даже в ситуации, когда вы позволяете определять звук для отдельных молекул, частота (каким бы надуманным способом вы ни были бы вынуждены определять ее) будет слишком высока для обнаружения, а энергия будет слишком мала для обнаружения. человеческое ухо. В ситуации, когда вы вводите одиночное столкновение с высокой энергией, случайные столкновения быстро истощают энергию. Подумайте о том, как медленно тепло распространяется через воздух и как энергия распределяется по всему объему атомов к тому времени, когда она достигает вашего уха.

Действительно, мы не слышим тепло, особенно потому, что оно проявляется в виде большого количества ударов о нашу барабанную перепонку, которые обеспечивают (в приближении жидкости) постоянное давление.

Нет , не так, как это происходит при столкновении более крупных объектов.

Причина этого очень проста: в масштабе отдельных молекул мы фактически находимся «в космосе» , подобно тому, через что пролетает космический корабль. Если хотите, это внутреннее пространство , по аналогии с космическим .

Для распространения звука требуется среда. Воздух обеспечивает эту среду для больших объектов. Но воздух состоит из молекул. На уровне земного моря эти молекулы в среднем находятся на расстоянии около 68 нм друг от друга, но их размер может составлять всего 0,3 нм. Между молекулами находится вакуум. Таким образом, столкновение двух молекул воздуха фактически происходит в вакууме, поэтому звуков не возникает по той же причине, что и при столкновении двух астероидов в открытом космосе звук не будет издаваться.

Теперь, сказав это, здесь есть оговорка: «молекулы» технически не имеют строгого верхнего предела своего размера. Теоретически алмаз видимого макроскопического размера может полностью состоять из одной молекулы (хотя в реальных алмазах, скорее всего, их несколько). Если столкнуть два таких одномолекулярных алмаза друг с другом, то, конечно, будет слышен звук.

Я думаю, что ваше объяснение также верно, потому что аналогичный пост был ранее о том, что воздух в основном пустой. физика.stackexchange.com/questions/202381/…
и наоборот, чрезвычайно низкочастотные звуки могут распространяться через то, что мы бы назвали «вакуумом» в межзвездной среде.
Когда две молекулы сталкиваются, возникает ли звук?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v