От чего зависит скорость распространения звука
Перейти к содержимому

От чего зависит скорость распространения звука

  • автор:

от каких параметров зависит скорость звука в среде?

От плотности среды. Чем выше плотность, тем выше скорость звука.

да, от плотности среды в которой происходит звук вода либо воздух

Скорость звука определяется упругостью и плотностью среды. Скорость звука в газах, жидкостях и изотропных твёрдых средах обычно величина постоянная для данного вещества, в монокристаллах зависит от направления распространения волны и при заданных внешних условиях обычно не зависит от частоты волны и её амплитуды.
Как правило, в газах скорость звука меньше, чем в жидкостях, а в жидкостях скорость звука меньше, чем в твёрдых телах, поэтому при сжижении газа скорость звука возрастает.

Похожие вопросы

Скорость распространения звука

В открытом пространстве в воздухе звук распространяется во всех на­правлениях. В этом случае звуковые волны имеют сферический вид и подобны световым волнам. Их можно экранировать, фокусировать и направлять в определенную сторону так же, как световые лучи от какого-либо источ­ника.

В связи с тем, что плотность газов существенно зависит от температуры, скорость звука в газах также зависит от температуры газообразной среды.

Законами распространения звука в атмосфере занимается атмосферная акустика (см. Акустический словарь). Распространение звука в свободной атмосфере имеет ряд особенностей.

Звуковые волны, благодаря низкой теплопроводности, сжимаемости и вязкости воздуха, поглощаются тем сильнее, чем выше частота звука и чем меньше плотность атмосферы.

Поэтому резкие вблизи звуки выстрелов или взрывов на больших расстояниях становятся глухими. В соответствии с законами классической аэродинамики скорость звука см/с) в воздухе можно вычислить, зная абсолютную температуру T (K), по формуле (1):

На практике скорость звука в воздухе свопределяется такжепо эмпирической формуле (2):

св = 331,4 + 0,6 • tв(2)
где,
331,4 (м/сек) — скорость звука при температуре воздуха tв = 0°С
— температура воздуха
0,6 — эмпирический коэффициент

При этом надо учитывать, что в воздухе в связи со сферической фор­мой звуковых волн происходит довольно быстрое затухание зву­ковой энергии и соответствующее этому ослабление звука.
Ско­рость звука в воздухе в зависимости от его температуры, а также скорость звука в воде и различных твёрдых материалах приведены в Таблице №1.

Скорость распространения продольных звуковых волн сп зависит от упру­гих свойств материальной среды, в которой они распространя­ются, − чем эластичнее среда, тем меньше скорость распростра­нения звуковых волн.

В противоположность сферическим звуковым волнам в частях здания, имеющих вид плит (Рис. 3), звук распространяется в виде плоских двумерных волн, аналогичных обра­зующимся на поверхности жидкостей.

Скорость зву­ка в воздухе в зависимости от температуры

Скорость звука

Физика

Ско́рость зву́ка, скорость распространения в среде упругих волн . Определяется упругостью и плотностью среды. Для плоской гармонической волны в среде без дисперсии скорость звука равна c = ω / k > c = ω / k , где ω \omega ω – частота , k \boldsymbol k – волновое число . Со скоростью c c распространяется фаза гармонической волны, поэтому её называют также фазовой скоростью звука. В средах с дисперсией звука фазовая скорость различна для разных частот; в этих случаях используют понятие групповой скорости . При больших амплитудах упругой волны скорость распространения каждой точки профиля волны зависит от величины давления в этой точке, возрастая с ростом давления, что приводит к искажению формы волны (см. в статье нелинейная акустика ). Скорость звука в газах меньше, чем в жидкостях , а в жидкостях, как правило, меньше, чем в твёрдых телах . При температуре 20 °C и нормальном давлении скорость звука в воздухе составляет 343,1 м/c, в воде – 1490 м/c.

В газах и жидкостях звук распространяется в виде объёмных волн сжатия – разряжения. Если процесс распространения звука происходит адиабатически , то скорость звука равна c = x ( ∂ P / ∂ ρ ) s \text= \sqrt> c = x ( ∂ P / ∂ ρ ) s ​

​ , где P P – давление, ρ \rho ρ – плотность вещества, индекс s s показывает, что производная берётся при постоянной энтропии . Эта скорость звука называется адиабатической.

В идеальном газе c = γ P / ρ = γ R T / μ =\sqrt=\sqrt c = γ P / ρ

​ , где R R – универсальная газовая постоянная , Т \textit Т – абсолютная температура, μ \mu μ – молекулярная масса газа, γ \gamma γ – отношение теплоёмкостей при постоянном давлении и постоянном объёме. Это т. н. лапласова скорость звука; в газе она совпадает по порядку величины со средней тепловой скоростью движения молекул. Величина c ′ = P / ρ >=\sqrt c ′ = P / ρ

​ называется ньютоновой скоростью звука; она определяет скорость звука при изотермическом процессе распространения, который имеет место на очень низких частотах.

В идеальном газе при заданной температуре скорость звука не зависит от давления и растёт с ростом температуры как T \sqrt> T

​ . При комнатной температуре относительное изменение скорости звука в воздухе составляет примерно 0,17 % на 1 °C. В жидкостях скорость звука, как правило, уменьшается с ростом температуры. Исключением является вода , в которой скорость звука при комнатной температуре увеличивается с ростом температуры, достигает максимума при температуре ≈ 74 \approx 74 ≈ 74 °C и уменьшается с дальнейшим ростом температуры. Скорость звука в воде растёт с увеличением давления примерно на 0,01 % на 1 атм, а также с увеличением содержания растворённых в ней солей .

В морской воде скорость звука зависит от температуры, солёности и глубины. Эти зависимости имеют сложный вид; для расчёта скорости звука используются таблицы, рассчитанные по эмпирическим формулам. Поскольку температура, давление, а иногда и солёность меняются с глубиной, то скорость звука в океане является функцией глубины. Эта зависимость в значительной степени определяет характер распространения звука в океане, в частности определяет существование подводного звукового канала .

В неограниченной твёрдой среде распространяются продольные и сдвиговые (поперечные) упругие волны. В изотропном твёрдом теле фазовая скорость для продольной волны

c l = E ( 1 − σ ) ρ ( 1 + σ ) ( 1 − 2 σ ) = K + 4 / 3 G ρ , >=\sqrt< \frac> =\sqrt< \frac>, c l ​ = ρ ( 1 + σ ) ( 1 − 2 σ ) E ( 1 − σ ) ​

​ , для сдвиговой волны

c t = E 2 ρ ( 1 + σ ) = G ρ , >=\sqrt< \frac> =\sqrt< \frac>, c t ​ = 2 ρ ( 1 + σ ) E ​

где E E – модуль Юнга , G G – модуль сдвига, σ \sigma σ – коэффициент Пуассона , K K – модуль объёмного сжатия. Скорость распространения продольных волн всегда больше, чем скорость сдвиговых волн, причём обычно выполняется соотношение c l > 2 c t >>\sqrt > c l ​ > 2

​ c t ​ . В монокристаллах скорость звука зависит от направления распространения волны в кристалле (см. статью Кристаллоакустика ). В тех направлениях, в которых возможно распространение чисто продольных и чисто поперечных волн, в общем случае имеется одно значение c l > c l ​ и два значения c t > c t ​ . Если значения c t > c t ​ различны, то соответствующие волны иногда называют быстрой и медленной поперечными волнами. В общем случае для каждого направления распространения волны в кристалле могут существовать три смешанные волны с различными скоростями распространения, которые определяются соответствующими комбинациями модулей упругости.

В металлах и сплавах скорость звука существенно зависит от предшествующей механической и термической обработки; это явление частично связано с дислокациями , наличие которых также влияет на скорость звука. В металлах, как правило, скорость звука уменьшается с ростом температуры. При переходе металла в сверхпроводящее состояние величина ∂ c ∂ T \frac ∂ T ∂ c ​ в точке перехода меняет знак. В сильных магнитных полях проявляются некоторые эффекты в зависимости скорости звука от магнитного поля, отражающие особенности поведения электронов в металле.

Измерения скорости звука используются для определения многих свойств вещества, таких как величина отношения теплоёмкостей для газов, сжимаемости газов и жидкостей, модулей упругости твёрдых тел, температуры Дебая и др. Измерение малых изменений скорости звука – чувствительный метод определения примесей в газах и жидкостях. В твёрдых телах измерение скорости звука и её зависимости от температуры, магнитного поля и других параметров позволяет исследовать строение вещества: зонную структуру полупроводников , форму ферми-поверхности в металлах и многое другое.

Редакция физических наук

Опубликовано 4 мая 2023 г. в 18:54 (GMT+3). Последнее обновление 4 мая 2023 г. в 18:54 (GMT+3). Связаться с редакцией

Скорость звука зависит от свойств среды, в которой он распространяется: в газах скорость звука растет с ростом температуры и давления, в жидкостях при росте температуры наоборот снижается (исключением является вода, в которой скорость звука достигает максимума при 74 °С и начинает снижаться только при увеличении данной температуры).

Для воздуха такая зависимость выглядит так: c = 332 + 0,6tc, где tc — температура окружающей среды, °С.
Скорость звука в газах, при температуре 0 °С и давление 1 атм
Азот 334 м/с;
Кислород 316 м/с;
Воздух 332 м/с;
Гелий 965 м/с;
Водород 1284 м/с;
Метан 430 м/с;
Аммиак 415 м/с.
Скорость звука в жидкостях при температуре 20 °С
Вода 1490 м/с;
Бензол 1324 м/с;
Спирт этиловый 1180 м/с;
Ртуть 1453 м/с;
Глицерин 1923 м/с.
В твердых телах скорость звука определяется модулем упругости вещества и его плотностью, при этом в продольном и поперечном направлении в неограниченных изотропных твердых телах она различается. Волновое перемещение звуковой волны называется гармоническими или синусоидальной колебаниями, которое описывается следующим образом: x(t) = A • sin (wt + φ).
Скорость звука в твердом теле, см. фото выше.
Волновое перемещение звуковой волны называется гармоническими или синусоидальной колебаниями, которое описывается следующим образом: x(t) = A · sin (wt + φ).
Простая гармоническая синусоидальная волна
Длина волны зависит от частоты и скорости звука: длина волны (м) = скорость волны (м/с) / частота (Гц). Соответственно частота определяется следующим образом: частота (Гц) = скорость волны (м/с) / длина волны (м).
Интенсивность звука снижается по мере увеличения расстояния от источника звука. Если звуковая волна на своем пути не встречает преград, то звук из источника распространяется во все направления.
Процесс распространения звуковой волны
В зависимости от вида источника звука — существует несколько видов звуковых волн: плоские, сферические и цилиндрические
Плоские волны при распространении не меняют форму и амплитуду, сферические не меняют форму (амплитуда уменьшается как 1/r), цилиндрические меняют и форму, и амплитуду (убывает как r-0,5).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *