Bu yazımda ses hızı nedir kabaca açıklayalım. Ses dalgaları, en önemli boyuna dalga örnekleridir. Bu dalgalar, herhangi bir ortamda ortamın özelliklerine bağlı olan bir hızla yayılırlar. Ses dalgaları ortamda yayılırken; ortamın parçacıkları, dalganın hareket doğrultusu boyunca yoğunluk ve hacim değişiklikleri üreterek titreşirler. Bu değişiklikler yüksek ve alçak basınç bölgelerinin oluşumuna yol açar. Ses dalgalarının kaynağı sinüssel olarak titreşirse, basınç değişimleri de sinüssel olur. Harmonik ses dalgalarının matematiksel tanımının, önceki bölümde tartışılan teldeki harmonik dalgaya özdeş olduğunu bulacağız.
Ses dalgaları frekanslarına göre, üç gruba ayrılır:
İşitilebilir dalgalar, insan kulağının duyarlık sınırları içinde olan dalgalardır. Bu sesler, değişik yollarla yaratılabilir: Müzik aletleriyle, boğazdaki ses telleriyle ve hoparlör ile.
Ses altı (infrasonic) dalgalar, işitilebilir mertebenin altındaki frekansta olan boyuna dalgalardır. Deprem dalgaları bu dalgalara örnektir. Filler, birbirinden kilometrelerce uzakta oldukları zaman bile, sesaltı dalgaları haberleşmek için kullanabilirler.
Sesüstü (ultrasonik) dalgalar, işitilebilir mertebenin üstünde frekansları olan boyuna dalgalardır. Siz köpeğinizi çağırmak için “sessiz” bir düdük kullanabilirsiniz. Böyle bir düdüğün yaydığı ses, insanlar tarafından hiç duyulmamasına karşın, köpekler tarafından kolayca duyulur. Ses üstü dalgalar, aynı zamanda tıbbi görüntülemede kullanılır.
Bu bölüme, ses dalgalarının hızını ve de dalga genliğinin fonksiyonu olan dalga şiddetini tartışarak başlıyoruz. Sonra, kulak duyarlığından daha alt aralıktaki geniş şiddet aralığına giren su dalgalarının bir başka şiddet tanımını ortaya koyacağız. En son olarak, kaynakların ve/veya alıcıların (dinleyicilerin) hareketinin etkilerinden söz edeceğiz.
Ses Dalgalarının Hızı
Sıkıştırılabilen bir gazla dolu uzun bir tüp boyunca tek boyutlu boyuna bir atmanın (pulse) hareketini şekilsel olarak anlatalım. Soldaki bir piston gazı sıkıştırmak üzere sağa doğru hareket ederek bir atma yaratabilir. Piston hareket etmeden önce, Şekil a’da düzgün koyulukta ki renkle gösterildiği gibi, gaz bozulmamış ve düzgün yoğunluktadır. Piston aniden sağa itildiği zaman (Şekil b), pistonun önündeki gaz sıkıştırılır (daha koyu renkle gösterilmiş olan bölge); bu bölgedeki basınç ve yoğunluk, piston hareket etmeden önceki durumdakinden daha yüksektir. Piston durduğu zaman (Şekil c) , gazın sıkışmış bölgesi, sağa doğru hareketinin, tüp boyunca t; hızı ile ilerleyen boyuna atma olarak sürdürür. Pistonun hızının v ’ye eşit olmadığına dikkat ediniz. Ayrıca sıkışmış bölge, piston dursa bile hareketine devam eder; çünkü, dalganın hızı pistonun hızından daha büyük olabilir.
Ses dalgalarının hızı, ortamın sıkışabilirliği ve eylemsizliğine bağlıdır. Sıkışabilir ortamın hacim sabiti (bulk modülü) В ve yoğunluğu p olmak üzere bu ortamda sesin hızı aşağıdaki bağıntı ile bulunur.
Gerçekte, tüm mekanik dalgaların hızı aşağıdaki genel bağıntıdan çıkar.
Sesin hızı aynı zamanda ortamın sıcaklığına da bağlıdır. Havada yayılan bir dalga için, hız ve ortamın sıcaklığı arasındaki bağıntı aşağıdaki eşitlik ile verilir.
Burada 331 m/s, 0°C de ses hızıdır ve Tc Celsius ölçeğinde sıcaklıktır. Bu eşitlik kullanılarak, havadaki ses hızı yaklaşık olarak 343 m/s bulunur.