เสียงที่เดินทางในอากาศที่มีอุณหภูมิแตกต่างกันเกิดการหักเหได้อย่างไร

เสียงเดินทางผ่านอากาศโดยการสั่นสะเทือนของโมเลกุลอากาศ ยิ่งโมเลกุลเคลื่อนที่เร็วเท่าไหร่ เสียงก็ยิ่งเดินทางเร็วขึ้นเท่านั้น อุณหภูมิของอากาศมีผลต่อความเร็วของโมเลกุลเหล่านี้โดยตรง อากาศที่อุ่นขึ้นทำให้โมเลกุลเคลื่อนที่เร็วขึ้น ส่งผลให้ความเร็วเสียงเพิ่มขึ้น ในทางกลับกัน อากาศที่เย็นลงทำให้โมเลกุลเคลื่อนที่ช้าลง ทำให้ความเร็วเสียงลดลง

เมื่อเสียงเคลื่อนที่ผ่านบริเวณที่มีอุณหภูมิอากาศแตกต่างกัน ความเร็วของเสียงจะเปลี่ยนไปตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ การเปลี่ยนแปลงความเร็วนี้ทำให้เกิดการหักเหของเสียง ซึ่งหมายถึงการเบี่ยงเบนทิศทางของคลื่นเสียง

ลองนึกภาพคลื่นเสียงเหมือนหน้าคลื่นที่เคลื่อนที่ออกจากแหล่งกำเนิดเสียง เมื่อหน้าคลื่นนี้พบกับอากาศเย็น ส่วนของคลื่นที่อยู่ในอากาศเย็นจะเคลื่อนที่ช้าลง ในขณะที่ส่วนของคลื่นที่ยังอยู่ในอากาศอุ่นจะเคลื่อนที่เร็วกว่า ความแตกต่างของความเร็วนี้ทำให้หน้าคลื่นเบี่ยงเบน โค้งเข้าหาอากาศเย็น

ในทางตรงกันข้าม เมื่อเสียงเคลื่อนที่จากอากาศเย็นไปสู่อากาศอุ่น ส่วนของคลื่นที่อยู่ในอากาศอุ่นจะเคลื่อนที่เร็วกว่า ทำให้หน้าคลื่นเบี่ยงเบนออกจากอากาศเย็น

ปรากฏการณ์การหักเหของเสียงนี้สามารถอธิบายได้ว่าทำไมเราได้ยินเสียงชัดเจนขึ้นในตอนกลางคืนที่อากาศใกล้พื้นดินเย็นกว่าอากาศด้านบน เสียงที่เกิดขึ้นจะหักเหลงสู่พื้นดินแทนที่จะกระจายขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศ ทำให้เสียงเดินทางได้ไกลขึ้นและได้ยินชัดเจนกว่า ในทางกลับกัน ในตอนกลางวัน อากาศใกล้พื้นดินมักจะร้อนกว่าอากาศด้านบน ทำให้เสียงหักเหขึ้นด้านบน ส่งผลให้เสียงเดินทางได้ระยะทางสั้นลง

นอกจากนี้ การหักเหของเสียงยังมีผลต่อการได้ยินเสียงในสภาพแวดล้อมอื่นๆ เช่น เหนือผิวน้ำ ในทะเลทราย หรือแม้แต่ในห้องที่มีอุณหภูมิไม่สม่ำเสมอ การเข้าใจปรากฏการณ์นี้ช่วยให้เราสามารถทำนายและควบคุมการเดินทางของเสียงได้ดียิ่งขึ้น เช่น ในการออกแบบระบบเสียง หรือการพยากรณ์การกระจายของเสียงในสภาพแวดล้อมต่างๆ.