Решение задачи: скорость звука в различных средах
Дано:
$$\beta_{\mathrm{рт}}=3\cdot10^{-5}\,\mathrm{атм}^{-1},\qquad \rho_{\mathrm{рт}}=13.6\cdot10^3\,\mathrm{кг/м^3}$$
$$\beta_{\mathrm{вод}}=5\cdot10^{-5}\,\mathrm{атм}^{-1},\qquad \rho_{\mathrm{вод}}=1.0\cdot10^3\,\mathrm{кг/м^3}$$
$$\beta_{\mathrm{возд}}=0.71\,\mathrm{атм}^{-1},\qquad \rho_{\mathrm{возд}}=1.2\,\mathrm{кг/м^3}$$
Основная формула:
$$v=\sqrt{\frac{1}{\beta\rho}}$$
где $\beta$ — сжимаемость среды, а $\rho$ — плотность среды.
Переведём сжимаемость из $\mathrm{атм}^{-1}$ в $\mathrm{Па}^{-1}$.
$$1\,\mathrm{атм}=101325\,\mathrm{Па}$$
Следовательно,
$$1\,\mathrm{атм}^{-1}=\frac{1}{101325}\,\mathrm{Па}^{-1}$$
- Ртуть
$$\beta_{\mathrm{рт}}= \frac{3\cdot10^{-5}}{101325} \approx2.96\cdot10^{-10}\,\mathrm{Па}^{-1}$$
Используем формулу:
$$v_{\mathrm{рт}}= \sqrt{\frac{1}{\beta_{\mathrm{рт}}\rho_{\mathrm{рт}}}}$$
Подставляем значения:
$$v_{\mathrm{рт}}= \sqrt{\frac{1} {(2.96\cdot10^{-10})(13.6\cdot10^3)}}$$
Сначала вычислим знаменатель:
$$(2.96\cdot10^{-10})(13.6\cdot10^3) \approx4.0256\cdot10^{-6}$$
Поэтому:
$$v_{\mathrm{рт}}= \sqrt{\frac{1}{4.0256\cdot10^{-6}}}$$
$$v_{\mathrm{рт}}\approx498\,\mathrm{м/с}$$
Ответ для ртути:
$$\boxed{v_{\mathrm{рт}}\approx500\,\mathrm{м/с}}$$
- Вода
$$\beta_{\mathrm{вод}}= \frac{5\cdot10^{-5}}{101325} \approx4.93\cdot10^{-10}\,\mathrm{Па}^{-1}$$
Используем формулу:
$$v_{\mathrm{вод}}= \sqrt{\frac{1}{\beta_{\mathrm{вод}}\rho_{\mathrm{вод}}}}$$
Подставляем значения:
$$v_{\mathrm{вод}}= \sqrt{\frac{1} {(4.93\cdot10^{-10})(1.0\cdot10^3)}}$$
Вычисляем знаменатель:
$$(4.93\cdot10^{-10})(1.0\cdot10^3) =4.93\cdot10^{-7}$$
Следовательно:
$$v_{\mathrm{вод}}= \sqrt{\frac{1}{4.93\cdot10^{-7}}}$$
$$v_{\mathrm{вод}}\approx1424\,\mathrm{м/с}$$
Ответ для воды:
$$\boxed{v_{\mathrm{вод}}\approx1420\,\mathrm{м/с}}$$
- Воздух
$$\beta_{\mathrm{возд}}= \frac{0.71}{101325} \approx7.01\cdot10^{-6}\,\mathrm{Па}^{-1}$$
Используем формулу:
$$v_{\mathrm{возд}}= \sqrt{\frac{1}{\beta_{\mathrm{возд}}\rho_{\mathrm{возд}}}}$$
Подставляем значения:
$$v_{\mathrm{возд}}= \sqrt{\frac{1} {(7.01\cdot10^{-6})(1.2)}}$$
Вычисляем знаменатель:
$$(7.01\cdot10^{-6})(1.2) =8.412\cdot10^{-6}$$
Следовательно:
$$v_{\mathrm{возд}}= \sqrt{\frac{1}{8.412\cdot10^{-6}}}$$
$$v_{\mathrm{возд}}\approx345\,\mathrm{м/с}$$
Ответ для воздуха:
$$\boxed{v_{\mathrm{возд}}\approx345\,\mathrm{м/с}}$$
Итоговый ответ:
$$\boxed{ v_{\mathrm{рт}}\approx500\,\mathrm{м/с},\qquad v_{\mathrm{вод}}\approx1420\,\mathrm{м/с},\qquad v_{\mathrm{возд}}\approx345\,\mathrm{м/с} }$$