Miten hitaasti ääni-/valoaalto/-ilmiö voi edetä?

Seuraa 
Viestejä46
Liittynyt31.8.2005

Äänet ovat ilmassa eteneviä paineaaltoja. Äänen etenemisnopeus ilmassa on noin 300 metriä sekunnissa. Valo taas on sähkömagneettista aaltoliikettä. Valon etenemisnopeus on n. 300 000 km/s. Nopeuksien eron voi havaita esimerkisi seuraamalla salamointia. Kun salama välähtää noin kilometrin etäisyydellä tarkkailijasta, näkyy välähdys ”heti”. Ääni kulkee hitaammin ja saavuttaa havainnoijan vasta oltuaan matkalla noin kolme sekuntia.

Välähdyksen ja jyrinän aikaerosta voimme laskea yksittäisen salaman karkean etäisyyden kilometreissä jakamalla sekunneissa lasketun ajan kolmella. Pelkän äänihavainnon perusteella voi myös arvioida etäisyyttä. Kiväärin laukausta muistuttava kimakka pamaus aiheutuu alle sadan metrin etäisyydelle iskeneestä salamasta. Vain vaimea jyly kantautuu yli kymmenen kilometrin etäisyydeltä. Alkuaan terävä ääni vaimenee etäisyyden kasvaessa ja äänen sekoittuessa matkan varrella.

Etenevä aaltorintama välittää tietoa synnystään. Jos lähtöpisteessä ei olekaan kyse kertailmiöstä vaan esim. laulajasta, kuljettavat ilmassa etenevän ääniaallot laulun kuultavaksi jopa satojen metrien päähän. Kuuntelija kuule tällöin äänen sekuntien viiveellä. Siitä voi päätellä, että muutama sekunti sitten joku lauloi lähtöpäässä, mutta varmasti ei tiedä laulaako enää – juuri tällä sekunnilla. Ääniaaltojen kuljettama laulu on aina ääntä menneisyydestä. Lähietäisyydellä se ei haittaa. Mutta esimerkiksi Tallinnan laulujuhlilla sen jo huomaa.

Jos käytettävissämme olisi aine, jossa ääniaaltojen eteneminen voitaisiin hidastaa esim. metriin tunnissa, olisi viiden metrin pituisen tangon päästä kuultavissa toiseen päähän viisi tuntia sitten laulettu laulu. Vastaavasti, jos valon etenemistä voitaisiin hidastaa, olisi mahdollista katsella viiveen verran historiaan.

Siispä kysymyksiä:

1a) Mikä on hitain luonnossa havaittava ääniaalto?
1b) Mikä on hitain luonnossa havaittava valoaalto?
2) 1a ja b ihmisen junailemana?
3) 1 ja 2 kun korvataan sana aalto sanalla ilmiö?

Jokainen vastaus auttaa arvoimaan onko ajattelussa järkeä (häivääkään).

Kommentit (8)

Vierailija

No tota, kylmässä kaasussa etenevä ääni voisi vaikka olla se hitain ääni

Kylmässä tiheässä aineessa etenevä volo voisi olla hitain valo.

Seisova aaltoliike voisi olla hidas imiö.

No minkä arvosanan annat järjelleni?

Ai niin, hidas valoilmiö pitäisi keksiä vielä
Aurinko?

totinen
Seuraa 
Viestejä4875
Liittynyt16.3.2005
bothnicum

1a) Mikä on hitain luonnossa havaittava ääniaalto?
1b) Mikä on hitain luonnossa havaittava valoaalto?
2) 1a ja b ihmisen junailemana?
3) 1 ja 2 kun korvataan sana aalto sanalla ilmiö?

Jokainen vastaus auttaa arvoimaan onko ajattelussa järkeä (häivääkään).

1 a) En tiedä
1 b) en tiedä
2 a) en tiedä
2 b) pysäytetty fotoni
3 a) maailmankaikkeuden tuho
3 b) aine joka on jäädytetty mahdollisimma lähelle absoluuttista nollapistettä.

bothnicum
Seuraa 
Viestejä46
Liittynyt31.8.2005
jartsa

No tota, kylmässä kaasussa etenevä ääni voisi vaikka olla se hitain ääni
Kylmässä tiheässä aineessa etenevä volo voisi olla hitain valo.
Seisova aaltoliike voisi olla hidas imiö.

Tarkoitatko siis, että välittäjäaineen lämpötila vaikuttaa aaltoliikkeen etenemisnopeuteen. Pitänee paikkansa äänen kohdalla. Vastauksesi vie eteenpäin. Onko siis muita aineen ominaisuuksia, jota vaikuttavat äänen etenemisnopeuteen hidastavasti, ja kuinka pitkälle hidastusta voidaan viedä.

Tuntuisi loogiselta, että seisova aaltoliike ei nimensä mukaan etene. On siis aivan stopissa. Liikkuu, mutta on paikallaan. Voiko liikkua vähän ja olla siis melkein paikallaan - hmm!? Mutta onko tällä tekemistä alkuperäisen kysymyksen kanssa. Mikä niissä aalloissa oikein informaatiota välittääkään?

Vastaavasti, mitkä valon ja aineen ominaisuudet vaikuttavat hidastavasti valon etenemisnopeuteen? Johtuuko esim. valon hajoaminen prismassa siitä, että eri värit etenevät lasissa eri nopeuksilla? Miten pitkälle aineen ominaisuuksia voidaan tässä asiassa muuttaa?

bothnicum
Seuraa 
Viestejä46
Liittynyt31.8.2005
totinen

2 b) pysäytetty fotoni
3 a) maailmankaikkeuden tuho
3 b) aine joka on jäädytetty mahdollisimma lähelle absoluuttista nollapistettä

2b) Heitit peliin hiukkasdualismin - mielenkiintoista. Voidaanko fotoneja yksitellen pysäytellä? Jos voidaan, niin säilyykö järjestys, kun päästetää takaisin liikkeelle? Täytyykö ensin hidastaa vai äkkipysäyksellä? Miten fotoni ylipäätään liikkuu?

Onko olemassa audioneja?

3a) Ehdotan, että käsitellään myöhemmin.

3b) Oletko varma?

Vierailija

Käsittääkseni äänen nopeus kasvaa aineen tihentyessä ja vuorovaikutusten nopeutuessa.

Esimerkiksi ilmakehässä kulkiessa äänennopeus hidastuu mitä ylemmäksi mennään, mutta koko totuus ei olekkaan siinä. Tarpeeksi ohuessa ilmassa äänennopeus alkaa taas kasvamaan (Kuinka paljon? Ylittääkö se äänennopeuden maan pinnalla?)

Jos kuvitellaan tyhjiöön yksi atomi, johon kohdistuu ääniaalto toisesta atomista. Tämä yksi atomi saa liike-energiaa ja nopeuden, joka vastaa sen massan ja ääniaallon energian osamäärää. Tällöin tämä yksittäinen atomi kantaa ääntä sillä nopeudella, mitä se liikkuu ja aalto siirtyy eteenpäin kun atomi törmää kolmanteen atomiin ja siirtää sille liike-energiansa.

Teoriassa silloin nopein äänennopeus on valon nopeus äärettömän tiheässä aineessa, koska vuorovaikutukset liikkuvat maksimissaan valon nopeudella. Hitain äänennopeus taas on äärettömän ohuessa aineessa, johon kohdistuu mahdollisimman vähäenerginen ääni.

Tämä tosin sanoo sitä, että äänen nopeus kasvaa myös äänen voimakkuuden ansiosta. Tiheissä aineissa tämän ei pitäisi näkyä, koska etäisyydet atomien välillä ovat erittäin pieniä.

Mutta toisaalta atomeilla on ympärillään heikon voiman kenttä, joka on se sähkömagneettinen kenttä joka estää atomeita fuusioitumasta yhteen normaalitilanteessa. Tämä kenttä toimii kuin jousi atomien välissä ja välittää liikkeen, vaikka atomit eivät suoranaisesti törmäisi toisiinsa.

totinen
Seuraa 
Viestejä4875
Liittynyt16.3.2005
bothnicum

2b) Heitit peliin hiukkasdualismin - mielenkiintoista. Voidaanko fotoneja yksitellen pysäytellä? Jos voidaan, niin säilyykö järjestys, kun päästetää takaisin liikkeelle? Täytyykö ensin hidastaa vai äkkipysäyksellä? Miten fotoni ylipäätään liikkuu?
Tuo koe on tehty. Niitä voi pysäytellä yksitellen tai ryhmässä. Järjestys säilyy. Äkkipysäyksellä. En tiedä, arvelen että vaimeneva sähkökenttä indusoi voimistuvan kohtisuoran magneettikentän; sähkökentän mennessä nollaan vaimeneva magneettikenttä indusoi sähkökentän; oikean käden säännön mukaan nämä vaihtuvat kentät ohjautuvat kumpaakin kenttään kohtisuoraan suuntaan.

bothnicum
Onko olemassa audioneja?
On, niitä sanotaan fononeiksi.

bothnicum
3b) Oletko varma?
Määritelmän mukaan lämpö on liikettä ja mahdollisimman lähellä absoluuttista nollapistettä liike on vähäisintä.

bothnicum
Seuraa 
Viestejä46
Liittynyt31.8.2005

Näyttää siis ilmeiseltä, että aaltoliikkeen hidastaminen ei taltiointikeinona toimi. Ainakaan päivien tai vuosien skaalassa.

Puun vuosilustot ovat esimerkki toisenlaisesta taltioinnista. Siinä kasvuolosuhteiden vaihtelut rekisteröityvät kuin arkistoon ikään. Resoluutio on kuitenkin vain noin yksi värähdys vuodessa. Järvien sedimenttikerrostumat on toinen samantapainen esimerkki.

Tarvitaan siis jokin muutosprosessi, joka jättää jäljen. Puun vuosikasvu ja järvien sedimentoituminen ovat liian hitaita äänen tai valon taltioimiseksi.

Puun pituuskasvu voisi tulla kyseeseen. Entä palaminen. Voisi ajatella, että oljenkorren palaessa ympäröivä äänimaailma rekisteröityisi hiiltymiskohtaan. Työntämällä hiiltynyttä kortta palamisnopeudella lukijaan olisivat nuo äänet toistettavissa.

Palamiskohta on kuitenkin jokseenkin epämääräinen. Tuskin onnistuu.

Sen sijaan kiteytyminen tuntuisi täsmälliseltä prosessilta. Kiteytymisrintama etenee tasaisella nopeudella. Ympäröivän kaasun paine vaikuttaa itse kiteytymiseen.

Pitäisin melko todennäköisenä, että kiteisen aineen pinnalta vielä joskus kuunnellaan menneitä.

Neutroni
Seuraa 
Viestejä23104
Liittynyt16.3.2005
totinen

bothnicum
Onko olemassa audioneja?
On, niitä sanotaan fononeiksi.



Kiinteässä aineessa atomit voivat värähdellä toistensa suhteen. Karkeana mallina voidaan ajatella atomien olevan kiinnitetty lähinaapureihinsa jousilla. Tuollaisella systeemillä on suuri määrä erilaisia värähtelymuotoja. Kvanttimekaanisessa systeemissä kunkin värähtelymuodon energia kvantittuu, näitä kvantteja kutsutaan fononeiksi. Fononeja on eri tyyppisiä. Niin sanotut akustiset fononit vastaavat ääniaallon kuljetuksesta kiteessä.

Määritelmän mukaan lämpö on liikettä ja mahdollisimman lähellä absoluuttista nollapistettä liike on vähäisintä.

Määritelmän mukaan lämpö on systeemin vapausastetta kohti sitoutunutta energiaa (termodynamiikassa määritelmä kirjoitetaan yleensä eri muotoon, joka on tämän kanssa ekvivalentti). Liikevapausasteet ovat vain osa vapausasteista. Se on totta, että matalammassa lämpötilassa aineen hiukkasilla on vähemmän lämpöliike-energiaa, mutta se ei suoraan vaikuta mekaanisen tai sähkömagneettisen aallon etenemiseen kiteessä. Siitähän tässä oli kyse.

Uusimmat

Suosituimmat