Jaká je nejvyšší možná rychlost zvuku?  
Světlo ve vakuu sviští rychlostí 300 tisíc kilometrů za sekundu. Zvukové vlny jsou podobné těm světelným, ale šíří se mnohem pomaleji. Podle nového výzkumu má i zvuk svojí maximální povolenou rychlost. Nejrychleji se přitom šíří v pevných materiálech, složených z nejmenších atomů.

Jakou rychlostí se vlní zvuk? Kredit: CC0 Public Domain.
Jakou rychlostí se vlní zvuk? Kredit: CC0 Public Domain.
Zvukové nebo třeba světelné vlny putují prostorem a přenášejí energii z jednoho místa na druhé. Vlny zvuku mohou cestovat rozmanitým prostředím, například vzduchem či vodou. A podle povahy takového prostředí se mění i rychlost zvuku, který jím prochází. Například, zvuk typicky „prolétá“ mnohem rychleji pevnými materiály než kapalinami či plyny. Proto je vlak mnohem dřív slyšet z kolejí nežli z krajiny.

 

Kostya Trachenko. Kredit: Queen Mary University of London.
Kostya Trachenko.
Kredit:
Queen Mary University of London.
Einsteinova speciální teorie relativity zavádí absolutní limit pro rychlost světla, čili oněch slavných necelých 300 tisíc kilometrů za sekundu. Až dodnes ale nebylo jasné, zda existuje takový limit pro rychlost zvuku. Zásadní zvrat v tomto směru přinesl výzkum, který vedl Kostya Trachenko z britské Queen Mary University of London. Badatelé dospěli k závěru, že nejvyšší fyzikálně možná rychlost zvuku je zhruba 36 kilometrů za sekundu. To odpovídá asi dvojnásobku rychlosti zvuku v diamantu, čili extrémně tvrdém materiálu.

 

Podle Trachenka a spol. je horní limit rychlosti zvuku těsně spojený se dvěma bezrozměrnými základními fyzikálními konstantami. Jde o konstantu jemné struktury, která popisuje sílu elektromagnetické interakce a poměr hmotnosti protonu a elektronu. Nejde přitom o jen tak nějaké konstanty. Už jsme věděli, ž obě dvě hrají významnou roli ve fungování celého vesmíru. Teď jejich význam ještě vzrostl a zasahuje až do materiálových věd.

 

Queen Mary University of London, logo.
Queen Mary University of London, logo.
Badatelé testovali svoji teoretickou předpověď v řadě různých materiálů. Ověřovali především předpoklad, že rychlost zvuku klesá s rostoucí hmotností atomů v daném materiálu. Podle této předpovědi by měl zvuk být nejrychlejší v pevném atomárním vodíku. Takový vodík sice existuje jen v prostředí, kde panuje tlak asi tak 1 milionu atmosfér, tedy například v nitru plynného obra, jako je Jupiter, ale teoreticky to zkoumat můžeme. Trachenkův tým na to vypustil pokročilé rovnice kvantové mechaniky. Vyšlo jim, že se rychlost zvuku v takovém materiálu doopravdy blíží hornímu limitu, který předpověděli.

 

Výzkum bude mít značný přesah. Jak podotýká člen výzkumného týmu Chris Pickard z britské University of Cambridge, šíření zvukových vln v pevných materiálech je ve skutečnosti významné pro řadu odvětví. Například seismologové pečlivě sledují vlny zvuku, které se šíří nitrem planety, zatímco materiáloví vědci využívají zvukové vlny při analýze vlastností materiálů.

 

Literatura

Queen Mary University of London 9. 10. 2020.

Science Advances 6: eabc8662.

Datum: 10.10.2020
Tisk článku

Štěkání - Rugaas Turid
 
 
cena původní: 169 Kč
cena: 142 Kč
Štěkání
Rugaas Turid
Související články:

Podle nového výzkumu má zvuk zápornou hmotnost     Autor: Stanislav Mihulka (14.08.2018)
Fyzici přinesli nové důkazy, že zvuk má skutečně hmotnost     Autor: Stanislav Mihulka (07.03.2019)
Konstanta jemné struktury se nemění v čase, ale v prostoru možná ano     Autor: Stanislav Mihulka (29.04.2020)



Diskuze:

Nie je to kvoli rychlosti

Radoslav Porizek,2020-10-14 00:56:31

"Například, zvuk typicky „prolétá“ mnohem rychleji pevnými materiály než kapalinami či plyny. Proto je vlak mnohem dřív slyšet z kolejí nežli z krajiny."

Toto je dost velky nezmysel, pretoze vlak prichadza rychlostou, ktora je radovo nizsia nez rychlost sirenia zvuku. Podstatna teda nie je rychlost sirenia zvuku, ale jeho straty s rastucou vzdialenostou, ktore su pri kolajniciach mensie.

Nejedna sa o uplny analog s rychlostou svetla ako maximalnou rychlostou sirenia informacie, pretoze v materialoch existuju objekty - supersonicke dislokacie, ktore sa v nom dokazu pohybovat nadzvukovou rychlostou. Ono vysledok moze dost zavisiet od toho, ako si ten zvuk a jeho rychlost sirenia zadefinujeme.

Odpovědět

Mazání příspěvků

Opet Opet,2020-10-13 23:16:36

Vážená redakce, proč jste u diskuze o bezpečnosti vakcíny proti covidu odmazali názor, že Astra Zeneca podepsala dohodu o zřeknutí se odpovědnosti za následky vedlejší efektů zejména proto, že vakcína není dostatečně otestovaná a výrobce tak nemůže nést riziko žalob za poškození zdraví nebo smrt očkovaných? Je to další z řady vašich cenzurních zásahů. Odmazali jste i názory, které Vaše mazání odsuzují, protože dříve smazané příspěvky obsahovaly odkazy na odborné práce a citace z nich. Jste schopni se k cenzuře na Oslovi vyjádřit i jinak, než lživým tvrzení, že příspěvky maže systém kvůli tapetování?

A neměli byste u vyjádření zdůvodnění, že někdo píše pod stále jinými jmény, zmínit také fakt, že kromě mazání příspěvků blokujte i jeho přihlášení, takže mu nic jiného, než změna jména, nezbývá? Už i další čtenáři se nad mazání příspěvků pozastavují, Vy v tom pokračujete dále. Nejen, že jste odmazali mé odpovědi na různé reakce, ale odmazali jste i příspěvky dalších, kteří Vaše mazání kritizují a píší, že v mých příspěvcích nic závadného nebylo. Vědí ostatní čtenáři, že se na Oslovi takto cenzuruje? Nevadí Vám, že Osel může touto cenzuro ztratit na důvěryhodnosti a objektivnosti?

Takže tedy znovu - v poslední době zde bylo u článků o novém koronaviru odmazáno velké množství příspěvků týkajících se přístupu k řešení současných problémů a omezení. Mažete je jen proto, že nezapadají do Vašeho vidění dobra a Vámi preferovaného řešení? Necháváte jen příspěvky kritizující Vámi nepreferovaný přístup a vše ostatní, včetně odkazů na nehodící se fakta a studie, mažete? A dokonce ani neuvedete, že jste příspěvek nebo reakci smazali? Považuji to za cenzuru a ovlivňování veřejného mínění a žádám o Vaše vyjádření. Děkuji

Odpovědět

Intenzita zvuku

Pavel Gašperík,2020-10-12 11:29:14

zaujímavé zistenie v tomto článku :
https://spravy.pravda.sk/svet/clanok/238310-japonske-zemetrasenie-vyvolalo-najsilnejsi-doteraz-namerany-zvuk/

Odpovědět

Janko Adamek,2020-10-11 13:54:48

Zvukové vlny sú podobné svetelným? To sa mi nezdá. Gravitačné vlny sa šíria vlnením priestoru, elektromagnetické sa pri najvyššej rýchlocti šíria vákuom a zvuk je tlaková vlna v dotýkajúcich sa molekulách.

Odpovědět

Maximální?

Petr Petr,2020-10-11 08:11:46

Vychází se z ionizační energie nejsvrchnějšího elektronu (dané konstantou jemné struktury a klidovou hmotností elektronu) a tomu je přiřazena kinetická energie (rychlost) jádra (na to nemusí být člověk supervědec).
V originálním vědeckém článku vidím více nesrovnalostí:
- kinetická energie jádra je tam Mv^2 a ne poloviční (což vy limitní rychlost zvýšilo)
- ionizační energie gelia je 2x větší bež vodíku
- v grafu fitují nejmenšími čtverci "36 elemental solids" (zdaleka ne všechny prvky za všech podmínek) a extrapolovaně dostanou tuto limitní hodnotu rychlosti, ale pro maximální rychlost by měli vzít horní obálku (cca 2x větší) a tak by limitní rychlost byla taky 2x větší.

Jde spíše jen o názor, než o fyzikální limit. Samozřejmě hlubší elektrony jsou vázány více (větší rychlosti) a v jádru (neutronové hvězdě) vazby už blízko rychlosti světla.

Odpovědět

Rychlost zvuku v neutronových hvězdách

Jiří Pallich,2020-10-11 00:45:40

Ta hodnota max. teoretické rychlosti zvuku mi přijde hodně nízká, např. v neutronových hvězdách by se zvuk měl šířit řádově rychleji (teoreticky snad až 1/sqrt(3) rychlosti světla) http://www.2physics.com/2015/01/sound-velocity-bound-and-neutron-stars.html?m=1

Odpovědět


Re: Rychlost zvuku v neutronových hvězdách

Honza Šimek,2020-10-11 01:15:22

V článku chybí výslovná zmínka, že práce se týká pouze kondenzovaných stavů atomární hmoty, nikoli degenerované hmoty.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni




Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace