Ветер, звук и чистое перемещение воздуха

Насколько я понимаю, звук — это волна давления, которая распространяется в воздухе посредством (локализованного) последовательного сжатия и разрежения воздуха. Сжатие и разрежение воздуха заставляют молекулы воздуха колебаться вокруг своего положения равновесия. Важным моментом здесь является то, что в среднем нет результирующего смещения молекул воздуха, поскольку молекулы воздуха взаимодействуют со своими ближайшими соседями во время сжатия и разрежения, оказывая противоположные силы друг на друга, вызывая их вышеупомянутые колебания относительно их положений равновесия.

Ветер, с другой стороны, вызван градиентами давления, вызывающими (в среднем) чистое перемещение воздуха из областей с высоким давлением в области с низким давлением.

У меня вопрос : почему нет чистого смещения воздуха звуком (когда кажется, что сжатия и разрежения вызывают локальные градиенты давления), но есть в случае ветра?

Ответы (2)

Это связано с тем, что ветер имеет общий знак градиента давления, тогда как у волн давления знак бывает как положительным, так и отрицательным, поэтому они компенсируются. Это правда, что звук распространяется в заданном направлении, и нелинейные эффекты действительно будут смещать воздух в этом направлении, но в случае линейной (т. е. очень малой амплитуды) звуковой волны существует полная симметрия между областями, которые имеют положительный градиент давления и области с отрицательным градиентом давления, и эти области постоянно меняются местами друг с другом, поэтому результирующее смещение не будет знать, в какую сторону указывать.

Ах хорошо. Так в том ли дело, что молекулы воздуха колеблются вокруг своих точек равновесия вместо того, чтобы испытывать результирующее смещение, потому что локальные градиенты давления продолжают менять направление (переходя между направлением «назад» и «вперед»)?! Прав ли я, думая, что вообще, что касается механических волн, нет результирующего смещения среды из-за волны, распространяющейся через нее из-за того, что частицы, составляющие среду), испытывают возвращающую силу, заставляющую их колебаться об их положениях равновесия...
... (в случае звука в воздухе именно локальные градиенты давления, возникающие в результате сжатия и разрежения локальной области воздуха, действуют как восстанавливающая сила, заставляя молекулы воздуха колебаться вокруг своих положений равновесия)?!
Что касается механических волн, то это утверждение в основном верно; например, в ограниченном смысле он терпит неудачу, когда водная волна ударяется о берег (молекулы в водяных волнах в противном случае имеют тенденцию следовать красивым круговым траекториям, заканчивая там, где они начали после прохождения волны), и, возможно, он терпит неудачу, когда водная волна «достигает гребня». "по мере приближения к берегу (поскольку круговое движение, по-видимому, нарушается на гребне).
@CRDrost Хорошо, но если пренебречь этими проблемами, я правильно написал с точки зрения восстанавливающих сил (и, в частности, в случае со звуком, восстанавливающей силой является градиент давления, возникающий в результате сжатия или разрежения).
Да. Вы, вероятно, могли бы получить хорошее расстояние, с точки зрения физики, определив, что «волны - это явления, которые переносят чистый импульс, не перенося чистую массу» или что-то в этом роде. В случае воздуха у вас действительно есть эти локализованные слои высокой и низкой плотности, наложенные друг на друга, и восстанавливающая сила, которая распространяет волну, действительно является объемным модулем воздуха. Все дело в том, что молекулы воздуха стремятся перейти из этих мест, где они сконцентрированы, в места по соседству, где их нет, что обеспечивает силу пружины, которая, как в большой обтяжке, распространяет волну сжатия.
Единственное предостережение, которое у меня есть, касается вашей идеи «колебаний вокруг точек равновесия». Молекулы в газе или жидкости не имеют определенных положений равновесия и на самом деле движутся (почти) беспорядочно. Колебания, которые мы наблюдаем как звуковые волны, — это колебания величин, существующих на более высоких уровнях абстракции. Это средние скорости, плотности и т. д., поэтому они не относятся к отдельным молекулам.
@Pirx Это правда, я использовал молекулы из-за отсутствия лучшего слова, но на самом деле что-то вроде «частиц воздуха
@Pirx ... было бы лучше - каждый количественно оценивает среднее поведение большого количества молекул.
@CRRost Хорошо, круто, я думаю, что теперь лучше понимаю, что происходит. Спасибо за вашу помощь!

Если веревка находится в поезде, и мы заставляем волны распространяться по веревке, покачивая ее конец вверх и вниз, будет ли она двигаться быстрее поезда и доберется ли она первой? Поезд подобен ветру, а волны подобны звуку. Волны движутся относительно поезда, а веревка — нет. Звуковые волны распространяются по воздуху, но в любой точке воздуха воздух будет колебаться вверх и вниз по давлению и не будет двигаться в целом из-за звука. Волны в воздухе движутся, а не движутся по воздуху.

Ветер, звук и чистое перемещение воздуха
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v