Бесплатные калькуляторы

Примеры запросов: процентыипотекаплощадь✓ 1 013 работающих калькуляторов

АКУСТИКА · ОНЛАЙН

Скорость звука по времени эха и пройденному пути

Скорость звука можно измерить без специальных приборов: достаточно хлопнуть в ладоши перед высокой стеной и засечь время до возвращения эха. Калькулятор обрабатывает серию таких замеров методом наименьших квадратов и находит скорость как наклон прямой «путь — время» в метрах в секунду. Дополнительно он показывает свободный член (постоянную поправку отсчёта), R² и прогноз пути для заданного времени.

✓ Бесплатно⌁ С пояснением✦ Без регистрации
▦
КАЛЬКУЛЯТОР

Введите данные

Времена по секундомеру или по аудиозаписи в секундах; значения строго возрастают, не менее двух.
Пройденный путь в метрах в том же порядке; для эха от стены это удвоенное расстояние до неё.
За какое время оценить путь звука.
✓ Исходные значения передаются серверу только для выполнения расчёта. Регистрация не нужна.
ВАШ РЕЗУЛЬТАТ✓ Вычислено

Линейная регрессия

Свободный член0,000706
Наклон342,93456
Прогноз y(x)514,402546
R²0,999997
Наблюдений4

«Копировать картинку» помещает изображение результата в буфер обмена без сохранения файла — его можно сразу вставить в мессенджер или документ. Картинка и PDF содержат ссылку на calc-calc.ru.

Метод наименьших квадратов для зависимости y=a+b·x; R² измеряет качество подгонки на исходных наблюдениях, но не гарантирует прогноз вне обучающего диапазона.

Был ли калькулятор полезен?Одно касание — и мы поймём, какие инструменты улучшать.
ПОДРОБНЫЙ РАЗБОР · ФОРМУЛЫ И ПРИМЕРЫ

Как найти скорость звука по времени эха и пройденному пути

Скорость звука удобно измерять без специальных приборов: достаточно хлопнуть в ладоши перед высокой стеной и засечь время до возвращения эха. Один замер даёт грубую оценку, потому что секундомер запаздывает вместе с реакцией человека. Калькулятор скорости звука по времени эха и пути обрабатывает целую серию замеров и находит скорость как наклон прямой «путь — время».

Ниже объяснено, что считать путём, зачем нужен свободный член, как читать R² и от чего зависит скорость звука.

Что именно измеряет опыт

Звук идёт до преграды и обратно, поэтому пройденный путь вдвое больше расстояния до стены. Если стоять в 150 м от здания и слышать эхо через 0,874 с, путь звука равен 300 м, а не 150 м. Именно удвоенное расстояние вводят в поле «путь». При измерении по грому или по выстрелу, когда звук идёт только в одну сторону, путь равен расстоянию.

Для одного замера скорость равна отношению пути ко времени: 300 м за 0,874 с дают около 343,2 м/с. Но у ручного секундомера случайная ошибка порядка десятых долей секунды, и на коротких дистанциях она становится главной погрешностью, поэтому нужна серия замеров.

Почему наклон прямой точнее отдельного деления

Точки «время — путь» ложатся вдоль прямой, наклон которой равен скорости. Метод наименьших квадратов подбирает прямую s = v·t + s₀ с наименьшей суммой квадратов отклонений. Наклон v получается в метрах в секунду, если время введено в секундах, а путь в метрах.

Свободный член s₀ показывает постоянную поправку, не зависящую от расстояния: запаздывание старта секундомера или неточно отмеренную базу. Наклон от такого сдвига не зависит, а в хорошем опыте s₀ близок к нулю.

Числовой пример

Серия замеров: пути 100, 200, 300 и 400 м, времена 0,292; 0,583; 0,874 и 1,167 с. Калькулятор даёт скорость 342,93 м/с, свободный член 0,0007 м и R² = 0,999997. Прогноз на время 1,5 с — путь 514,40 м, то есть преграда была бы примерно в 257,2 м.

Второй случай — постоянный сдвиг. При временах 0,3; 0,6 и 0,9 с и путях 100,5; 200,5 и 300,5 м получается v = 333,33 м/с и s₀ = 0,5 м, тогда как деление первого пути на первое время дало бы завышенные 335 м/с.

От чего зависит скорость звука

В воздухе скорость звука растёт с температурой: вблизи комнатных условий примерно на 0,6 м/с на каждый градус Цельсия. Поэтому в тёплый день результат выйдет выше, чем в мороз. Влажность влияет слабее, а ветер добавляет к скорости свою составляющую при опыте вдоль ветра.

Чтобы исключить влияние ветра, опыт повторяют по ветру и против него и берут среднее. Записывайте температуру воздуха: так результат можно сравнить со справочным значением для тех же условий. Сам калькулятор считает только по вашим замерам.

Как читать R² и сколько брать замеров

Коэффициент детерминации R² близок к единице, когда точки лежат вдоль прямой. Но он не гарантирует верной скорости: систематическая ошибка, например неточно измеренная база, сдвигает все точки одинаково. Низкий R² указывает на случайные промахи, и выбивающийся замер лучше повторить.

Минимум нужны два различных времени, но практичнее пять–восемь замеров на расстояниях от 50 до 200 м. Точнее всего измерять интервал по аудиозаписи на телефоне, где хлопок и эхо видны на графике звуковой волны.

Границы применимости

Модель предполагает однородный воздух с постоянной скоростью звука на всей трассе. Над нагретым асфальтом слои воздуха имеют разную температуру, и скорость получается усреднённой. Эхо должно приходить от одной поверхности, а не от нескольких зданий сразу.

Калькулятор подходит для школьной лабораторной работы и для оценки в полевых условиях. Он не заменяет поверенных приборов и измерений с нормированной точностью.

Формула расчёта

ОСНОВНАЯ ФОРМУЛА

s = v·t + s₀, v = Σ(tᵢ − t̄)(sᵢ − s̄) / Σ(tᵢ − t̄)²

Проверенные примеры

Эхо от стены

Расстояния до стены 50, 100, 150 и 200 м (пути звука 100, 200, 300 и 400 м), времена 0,292; 0,583; 0,874 и 1,167 с. Время для прогноза 1,5 с.

Наклон v ≈ 342,93 м/с, свободный член ≈ 0,0007 м, R² ≈ 0,999997. Прогноз пути при 1,5 с: 514,40 м, то есть преграда в 257,2 м.

Постоянное смещение отсчёта

Времена 0,3; 0,6 и 0,9 с, пути 100,5; 200,5 и 300,5 м.

Точки лежат на прямой s = 333,33·t + 0,5: скорость 333,33 м/с, поправка 0,5 м. Деление первого пути на первое время дало бы 335 м/с.

Как пользоваться онлайн-калькулятором

  1. Отмерьте несколько расстояний до преграды и для каждого измерьте время возвращения эха.
  2. Для эха запишите путь как удвоенное расстояние до преграды, для звука в одну сторону — как само расстояние.
  3. Введите времена в секундах и пути в метрах в одном порядке и время для прогноза.
  4. Нажмите «Вычислить»: наклон — это скорость звука в м/с, R² близок к 1 при согласованных замерах.
ВОПРОСЫ И ОТВЕТЫ

Частые вопросы

Что вводить в поле «путь» при измерении по эху?

Удвоенное расстояние до преграды: звук идёт к ней и возвращается. Если стена в 150 м, путь звука равен 300 м. Для одностороннего измерения, например по грому, вводят само расстояние.

Что означает свободный член?

Это постоянная поправка, не зависящая от расстояния: запаздывание старта секундомера, неточная база. Наклон от такой поправки не меняется, поэтому скорость остаётся верной, если смещение одинаково во всех замерах.

Чему должна быть равна скорость звука в воздухе?

Она зависит от температуры и растёт примерно на 0,6 м/с на градус Цельсия. Сравнивать результат со справочным значением нужно для той же температуры воздуха, поэтому её стоит записывать во время опыта.

Сколько замеров достаточно?

Минимум два различных времени, но надёжнее пять–восемь замеров на разных расстояниях. Тогда случайные ошибки секундомера частично компенсируют друг друга.

Похожие калькуляторы

ПОДЕЛИТЬСЯ ИНСТРУМЕНТОМ

Встроить на свой сайт

Вставьте этот код в HTML-блок на своём сайте. Посетители смогут пользоваться калькулятором без перехода.

Прямая ссылка: https://calc-calc.ru/embed/calc_030236/

Предварительный просмотр