Zašto zvuk putuje bolje uz vjetar?

Možda ste primijetili da možete bolje čuti zvuk ako dolazi niz vjetar, a ne uz vjetar. Pretpostavljamo da je to zato što vjetar “gura buku”. Nažalost za našu intuiciju, lako se može pokazati da je ta sila premala da bi se objasnio uočeni učinak.
Brzina zvuka u zraku je oko 760 milja na sat (1,223 km/h). Ako tipičan vjetar puše brzinom od 30 mph, to je samo 4% brzine zvuka, što znači da vjetar može samo skratiti ili povećati udaljenost koju određeni zvuk treba prijeći za tu količinu. Razlika bi bila previše suptilna da bi je ljudsko uho otkrilo, tako da očito ovo ne otkriva izvor fenomena.

Stvarno rješenje je povezano sa svojstvom koje fizičari nazivaju viskoznost. Zbog viskoznosti, brzina vjetra u blizini tla zapravo je sporija od brzine na većim visinama. Sudari između molekula zraka i tla uzrokuju efekte turbulencije koji sprječavaju da se valovi što brže prenesu duž ove razine zraka.

Ako zrak ima ujednačenu temperaturu, promjena viskoznosti s visinom uzrokuje ubrzanje zvučnog vala duž gornjih slojeva zraka. To uzrokuje da se val naginje prema dolje, što ga čini čujnijim za ljude koji slušaju. Ovaj fenomen preusmjeravanja naziva se refrakcija. Kada se val kreće protiv vjetra, lomi se u suprotnom smjeru – prema gore. Zapravo, da lebdite iznad tla u području uz vjetar od izvora, čuli biste zvuk prilično jasno, zbog refleksije valova u vašem smjeru.

U području s ujednačenom temperaturom i bez vjetra, zvučni valovi uvijek putuju prema van jednakom brzinom od izvora. Kao što smo vidjeli, to nije uvijek slučaj.