Feladat: 2293. fizika feladat Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: nehéz
Megoldó(k):  Bodrogi Péter ,  Csáki Csaba ,  Csordás Zoltán Mihály ,  Fekete P. ,  Gyarmati K. ,  Hauer Tamás ,  Kégl Balázs ,  Komorowicz Erzsébet ,  Németh Lehel ,  Puhl Ferenc ,  Siklér Ferenc ,  Szokoly Gyula ,  Tóth István ,  Wekszli Mária 
Füzet: 1989/március, 129 - 130. oldal  PDF file
Témakör(ök): Hullámterjedés 3 dimenzióban, Egyéb hullámsebesség, Hangsebesség, Egyéb hangtan, Feladat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1988/február: 2293. fizika feladat

Hogyan lehetséges, hogy a szél ,,viszi a hangot''? Miért nehezebb széllel szemben ‐ kiabálni?

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre.

A hang az álló levegőhöz képest c=340m/s sebességgel terjed. Ha a szél v sebességgel fúj, akkor a hang terjedési sebessége ‐ a szél irányától függően ‐ c±v. Igaz ugyan, hogy a széllel szemben haladó hanghullám kisebb sebességgel terjed, mint a szél irányában haladó, s emiatt ugyanakkora útszakaszon erősebben csillapodik, de mivel a szokásos esetekben v sokkal kisebb, mint c (nagyságrendjét tekintve v10m/s), ez önmagában még nem ad magyarázatot arra a tapasztalati tényre, hogy szél irányában lényegesen messzebbre hallatszik el a kiabálás, mint az ellentétes irányban.
A szél sebessége ‐ a levegő belső súrlódása miatt ‐ a magasság növekedtével növekszik, s emiatt a hang egy változó törésmutatójú (n=1±v/c) közegben terjed. A törésmutató a széllel szemben haladó ‐ tehát lelassuló ‐ hullámokra a magasságnak növekvő, a szélirányban terjedő hullámokra pedig a magasságnak csökkenő függvénye. Ez annyit jelent, hogy a széllel szemben haladó hullámok fölfelé, a szél irányában terjedők pedig lefelé térülnek el (1. ábra).

 
 
1. ábra
 

(Az egyszerűség kedvéért a törésmutatót vékony vízszintes sávokon belül állandónak tekintettük; a valóságban n a magassággal folytonosan változik.) A P pontból kiinduló hanghullámok akadálytalanul eljuthatnak a B pontig, az A pontba viszont egyáltalán nem, vagy csak a felület közvetlen közelében terjedve, erősen csillapítva érnek el.
 

 Bodrogi Péter (Miskolc, Földes F. Gimn., IV. o. t.)
 dolgozata alapján
Megjegyzések: 1. A magassággal a hőmérséklet is változik, s mivel a levegő sűrűségén keresztül a hangsebesség függ a hőmérséklettől, ez is eredményezhet elgörbülő "hangsugarakat''.
 

 Puhl Ferenc (Győr, Révai M. Gimn., III. o. t.)
 

2. A hanghullámok eltérülését az azonos fázisú felületek, a hullámfrontok felrajzolásával is megkaphatjuk (2. ábra).
 
 
2. ábra
 

A hullámfront felső részét a szél jobban "elsodorja'', mint az alját, a széllel szemben haladó hullámok felfelé, a szél irányában haladók lefelé térülnek el. (A hullám terjedési iránya merőleges a hullámfrontokra.)
 

 Szokoly Gyula Pál (honvéd)