Hangsebesség

[Bence]

Sziasztok!
Egy érdekes gondolat vetődött fel bennem.Ha teszemazt egy repülő hangsebességnél gyorsabban halad.És a hátsó sorból valaki előre kiált.Akkor az első sorban hallják majd a kiáltást vagy nem.
Akár azt is mondhattam volna, hogy egy fénysebességgel haladó valaminek a fényszórójával mi történik, de ez egy kicsit elvontabb, lévén a fénysebességen való utazás akadájai miatt.
Tehát akkor maradjunk a hangnál.
Bence

[dgy]

Sziasztok!
Egy érdekes gondolat vetődött fel bennem.Ha teszemazt egy repülő hangsebességnél gyorsabban halad.És a hátsó sorból valaki előre kiált.Akkor az első sorban hallják majd a kiáltást vagy nem.

Ha a repülőn belül kiált, semmi különös nem történik. A repülő doboza ugyanis viszi magával a benne levő levegőt, a hang pedig a levegőhöz képest terjed hangsebességgel. Tehát minden úgy történik, mintha a repülő a földön állna.

Ha repülő helyett nyitott sportkocsival képzeled el a helyzetet, ami nem viszi magával a levegőt, akkor már tényleg fura a helyzet: a hátsó ülésről nem jut el a hang a sofőrhöz...

(A valódi helyzet persze sokkal bonyolultabb az elképzelt ideális esetnél. A mozgó autó ugyanis jól megkavarja a levegőt, nem úgy néz ki a dolog, hogy az álló levegőben száguld az autó... Ezért az autó körül kavargó levegőben terjedő hangok időnként - szaggatottan, kaotikusan - eljuthatnak a sofőrhöz.)

Más kérdés, hogy egy hangsebességnél gyorsabban mozgó autóban mit kiabálnál. Pl: Segítség! De valószínűleg azt sem, mert a légmozgás már jóval kisebb sebességnél levinné a fejed... Szóval ne próbáld meg.

Fény: itt a helyzet TELJESEN más. Legfőképp azért, mert nincs külső, "nyugvó" közeg, mint a hang esetében a levegő, amihez képest a terjedési sebességet mérni kellene. Másrészt a fény (vákuumbeli) sebességét nem is lehet túllépni. (A közegbeli, másodlagos effektusok által okozott, a vákuumbelinél kisebb fénysebességet túl lehet lépni, ezt egyes elemi részecskék gyakran megteszik. Ilyenkor a hangrobbanáshoz hasonló fényjelenség, Cserenkov-sugárzás észlelhető. Mostanában már egészen hétköznapi sebességekre is le tudják lassítani a fényt, így egy gyalogos is gyorsabban haladhat nála. Húsz éven belül megjelennek az első videók erről a jelenségről.)

dgy

[algor]

Szia Bence!
A hang a levegőben úgy terjed, hogy a részecskéi egymásnak adják át a kibocsájtó által keltett rezgést. A repülőben a levegő együtt mozog a repülővel, így inerciarendszernek tekinthetjük (ha a repülő egyenes vonalú egyenletes mozgást végez). Erről a fogalomról biztos hallottál már fizika órán. Ha kívülről tekintjük a repülőt, akkor a levegő rezgő részecskéinek sebességéhez hozzáadódik a repülő sebessége, belülről szemlélve viszont olyan mintha nem is mozogna a repülő és benne a levegő.
A fény esetében más a helyzet, mert nem egy közegben ("éter") terjed mint a hang, a sebessége nem függ a kibocsájtó sebességétől, hanem mindig állandó (vákuumban).

[kulizoli]

Kedves DGy!
Erről a fény-lelassításról, megállításról tudnál valami bővebbet írni? Azt tudom, hogy Bose-Einstein kondenzátumot használtak, de valójában mi játszódik le a lassításkor?

[Bence]

Köszi,így akkor már tiszta a dolog.

[dgy]

Erről a fény-lelassításról, megállításról tudnál valami bővebbet írni? Azt tudom, hogy Bose-Einstein kondenzátumot használtak, de valójában mi játszódik le a lassításkor?

Lényegében minden közegben ugyanaz a folyamat zajlik le. A beérkező elektromágneses hullám megmozgatja az anyagban jelenlévő, egymással valamiféle dinamikus egyensúlyban levő töltött részecskéket, ezek egymáshoz képest eltérő mozgásba kezdenek, ez eredő lokális áramot jelent, és ezek az áramok - lényegében gyorsuló töltések - újabb elektromágneses hullámokat sugároznak ki. E másodlagos hullámok általában ugyanakkora frekvenciájúak, mint a gerjesztő hullám (kivétel a nagyon nagy térerősségek esete, ekkor nemlineáris effektusok miatt frekvencia-többszörözés és -osztás, illetve a különböző frekvenciájú hullámok keveredése is felléphet), csak általában nincs fázisban a bejövő hullámmal. Az eredő hullám a bejövő és a kibocsátott hullámok bonyolult interferenciájából adódik. Ez a legegyszerűbb esetekben szintén síkhullám, csak más hullámhosszú, ezért formálisan más sebességű, mint a vákuumbeli elektromágneses hullám. Ez történik a legközönségesebb esetekben is, amikor a fény levegőben, vízben vagy üvegben halad. Ilyenkor a hullám sebességének változása (amit a törésmutató fogalmával szoktunk figyelembe venni) általában másfél-kétszeres vagy még ennél is kisebb. Speciális felépítésű, erős belső kötésű anyagfajták (mint pl a Bose-Einstein-kondenzátum) esetén az effektív törésmutató akár milliós nagyságrendű is lehet, ezért az eredő hullámfront a gyalogos ember sebességével vánszorog - így akár le is lehet hagyni. Ezt egyelőre még csak nagyon kicsiny (néhány ezer atomot tartalmazó) tartományban tudják megvalósítani, ráadásul vákuumkamra mélyén, szóval kívülről nem nagyon látod a cammogó hullámot... Majd pár évtized múlva, akkorra biztosan kitalálnak valami szellemes és látványos iskolai demonstrációs kísérletet...

Mindez persze a fenomenológikus elektrodinamika makroszkópikus nyelvén fogalmazódott meg. A jelenségek tényleges leírásához viszont a kvantumelektrodinamikára van szükség. Kezdve azzal, hogy a klasszikus fizika nem tudja megmagyarázni a szilárd testek szerkezetét, amelyben a töltött részecskék nagyjából egyensúlyban vannak - matematikai tétel mondja ki, hogy a klasszikus elektrodinamikában ilyen egyensúly nem lehetséges. Tehát már maga az az alapállapot, amit a beérkező elektromágneses hullám megbolygat, nem klasszikus, hanem kvantumos természetű. Ugyanígy a "bolygatás" folyamata sem egyszerűen a töltések gyorsításából és azok hullámkisugárzásából áll, már a legegyszerűbb anyagok, pl a levegő esetében sem. Még inkább ez a helyzet a speciális, csak kvantumosan megérthető állapotok, pl a Bose-Einstein-kondenzátum esetében. Itt az alapállapot, a lehetséges gerjesztett állapotok, a gerjesztési és kisugárzási folyamatok leírásához be kell vetni a kvantumtérelmélet másodkvantált formalizmusát, minden közelítő modelljével és matematikai bonyodalmával együtt. Ezért elég macerás dolog elméletileg kiszámítani, hogy egy ilyen anyagban mennyi is az effektív fénysebesség. Inkább meg kell mérni...

Szóval ha egy szóval akarom leírni a jelenséget: értjük. Kissé bővebben: nem értjük.
Részletesebben: még nem értjük pontosan, és nem tudjuk minden részletét elméletileg megmagyarázni. Majd...
És egyszer ezt a jelenséget is biztosan fel fogjuk használni valamire, és meg fogják adóztatni...

dgy

[jokesz]

Fény: itt a helyzet TELJESEN más. Legfőképp azért, mert nincs külső, "nyugvó" közeg, mint a hang esetében a levegő, amihez képest a terjedési sebességet mérni kellene. Másrészt a fény (vákuumbeli) sebességét nem is lehet túllépni. (A közegbeli, másodlagos effektusok által okozott, a vákuumbelinél kisebb fénysebességet túl lehet lépni, ezt egyes elemi részecskék gyakran megteszik. Ilyenkor a hangrobbanáshoz hasonló fényjelenség, Cserenkov-sugárzás észlelhető. Mostanában már egészen hétköznapi sebességekre is le tudják lassítani a fényt, így egy gyalogos is gyorsabban haladhat nála. Húsz éven belül megjelennek az első videók erről a jelenségről.)

Ha jól rémlik, ez a Cserenkov-sugárzás megfigyelhető a BME kísérleti atomreaktorában is.

[kulizoli]

Köszi!

[dgy]

Ha jól rémlik, ez a Cserenkov-sugárzás megfigyelhető a BME kísérleti atomreaktorában is.

Persze, ez már régi dolog (és nagyon szép). Én annak az új jelenségnek a majdani kísérleti demonstrálására gondoltam, amikor a gyalogos megfigyelő sétája során lehagyja a fényt...

dgy

[SzZoli]

A móka kedvéért: a repülő élesen, nagy sebességgel fordul. Középen kiált valaki ("Jaj, lezuhanunk!"). A gépben a kanyar külső ívén hangosabban lehet-e hallani a kiáltást, mint a belsőn?