Какова скорость звука?

В атмосфере Земли скорость звука это 343 метра в секунду; или один километр со скоростью 2,91 в секунду или одна миля со скоростью 4,69 в секунду.

Скорость звука в идеальном газе зависит только от его температуры и состава. Скорость имеет слабую зависимость от частоты и от давления в обычном воздухе, немного отклоняясь от идеального поведения.

Какова скорость звука?

Обычно скорость звука относится к скорости, с которой звуковые волны распространяются по воздуху. Тем не менее, скорость звука варьируется в зависимости от вещества. Например, звук распространяется медленнее в газах, быстрее в жидкостях и еще быстрее в твердых телах.

Если скорость звука в воздухе составляет 343 метра в секунду, это означает, что он движется со скоростью 1484 метра в секунду по воде и со скоростью около 5120 метров в секунду по железу. В исключительно твердых материалах, таких как, например, алмаз, звук распространяется со скоростью 12 000 метров в секунду. Это самая высокая скорость, с которой звук может распространяться в нормальных условиях..

Звуковые волны в твердых телах состоят из волн сжатия, подобных газам и жидкостям, и волн другого типа, называемых вращательными волнами, которые присутствуют только в твердых телах. Вращательные волны в твердых телах обычно движутся с разными скоростями.

Скорость волн сжатия в твердых телах определяется сжимаемостью, плотностью и поперечным модулем упругости среды. Скорость вращательных волн определяется только плотностью и модулем поперечной упругости модуля.

В динамической жидкости скорость звука в жидкой среде, будь то газ или жидкость, используется как относительная мера для скорости движения объекта через среду..

Отношение скорости объекта к скорости света в жидкости называется мартовским числом объекта. Объекты, которые движутся быстрее 1 марта, называются объектами, движущимися со сверхзвуковой скоростью..

Основные понятия

Передача звука может быть проиллюстрирована с помощью модели, состоящей из серии шариков, соединенных между собой проводами..

В реальной жизни шары представляют собой молекулы, а нити представляют собой связи между ними. Звук проходит через модель, сжимая и расширяя потоки, передавая энергию соседним шарам, которые, в свою очередь, передают энергию своим потокам и так далее..

Скорость звука через модель зависит от жесткости нитей и массы шариков.

Пока пространство между шариками постоянно, более жесткие нити передают энергию быстрее, а шарики с большей массой передают энергию медленнее. Эффекты, такие как рассеяние и отражение, также могут быть поняты с этой моделью.

В любом реальном материале жесткость нитей называется модулем упругости, а масса соответствует плотности. Если при прочих равных условиях звук будет двигаться медленнее в губчатых материалах и быстрее в более жестких материалах.

Например, звук распространяется через никель в 1,59 раза быстрее, чем через бронзу, потому что жесткость никеля выше при той же плотности.

Точно так же звук распространяется в 1,41 раза быстрее в легком газообразном водороде (протии), чем в тяжелом газообразном водороде (дейтерии), поскольку тяжелый газ обладает аналогичными свойствами, но имеет удвоенную плотность.

В то же время звук типа сжатия будет распространяться в твердых телах быстрее, чем в жидкостях, и в жидкостях быстрее, чем в газах..

Этот эффект обусловлен тем, что твердые частицы сжимаются сложнее, чем жидкости, в то время как жидкости, с другой стороны, сжимаются сложнее, чем газы..

Волны сжатия и вращательные волны

В газе или жидкости звук состоит из волн сжатия. В твердых телах волны распространяются через волны двух разных типов. Продольная волна связана со сжатием и декомпрессией в направлении движения; это тот же процесс в газах и жидкостях, с аналогичной волной сжатия в твердых телах.

В газах и жидкостях существуют только волны сжатия. Волна дополнительного типа, называемая поперечной волной или вращающейся волной, возникает только в твердых телах, поскольку только твердые вещества могут выдерживать упругие деформации..

Это связано с тем, что упругая деформация среды перпендикулярна направлению движения волны. Направление деформированного вращения называется поляризацией волны этого типа. Как правило, поперечные волны возникают как пара ортогональных поляризаций.

Эти разные типы волн могут иметь разные скорости на одной частоте. Поэтому они могут достигать наблюдателя в разное время. Примером такой ситуации является землетрясение, когда первыми прибывают острые волны сжатия, а секундой позже - колеблющиеся поперечные волны.

Скорость сжатия волн в жидкости определяется сжимаемостью и плотностью среды.

В твердых телах волны сжатия аналогичны волнам, обнаруженным в жидкостях, в зависимости от сжимаемости, плотности и дополнительных факторов поперечного модуля упругости..

Скорость вращательных волн, возникающих только в твердых телах, определяется только модулем поперечной упругости и плотностью модуля.

ссылки

1. Скорость звука в различных массовой информации. Гипер Физика Получено с сайта hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
2. Скорость звука. Получено с сайта mathpages.com.
3. Мастер Справочник по акустике. (2001). Нью-Йорк, США. McGraw-Hill. Получено с wikipedia.com.
4. Скорость звука в воде при температуре. Инженерный инструментарий. Получено с engineeringtoolbox.com.
5. Скорость звука в воздухе. Physicis музыкальных нот. Получено с phy.mtu.edu.
6. Атмосферное влияние на скорость звука. (1979). Технический отчет оборонно-технического информационного центра. Получено с wikipedia.com.