Strona głównaPytania → Fale akustyczne i gęstość gazu

Fale akustyczne i gęstość gazu

Pytanie

Pyta Zbigniew

Jaka powinna być najmniejsza gęstość cząsteczek gazu, przy której można by wywołać falę akustyczną?

Odpowiedź

Odpowiada Mikołaj Misiak

Wyobraźmy sobie, że gaz doskonały wypełnia półprzestrzeń ograniczoną z jednej strony płaszczyzną stanowiącą nieprzepuszczalną dla gazu ścianę. Wprawiamy tę
ścianę w periodyczne drgania, aby wywołać falę akustyczną. Wywołuje to periodyczne fluktuacje gęstości gazu. Fluktuacje te rozchodzą się z prędkością proporcjonalną do termicznej prędkości cząsteczek gazu, tj. do pierwiastka z temperatury. Nie widzę tu żadnego ograniczenia na gęstość gazu.

Jeśli w drgania wprawilibyśmy obiekt o skończonej wielkości, to pewnie powinniśmy dodać założenie, przynajmniej jedna cząsteczka gazu uderza w ten obiekt w czasie jednego okresu drgań. Nawet wtedy rozchodzące się fluktuacje gęstości nie przypominałyby specjalnie fali. Przy dwóch cząsteczkach już trochę bardziej, przy trzech jeszcze bardziej, i w końcu doszlibyśmy do zjawiska wyglądającego jak fala. Nie sądzę jednak, aby przy zwiększaniu gęstości istniało jakiekolwiek ostre przejście między czymś co nie jeszcze nie
jest falą akustyczną, a czymś co już jest.