Скорость звука в воздухе. Скорость звука как определить


Скорость звука - это... Что такое Скорость звука?

         Для газов и жидкостей, где звук распространяется обычно адиабатически (т. е. изменение температуры, связанное со сжатиями и разряжениями в звуковой волне, не успевает выравниваться за период), выражение для С. з. можно представить, как

        

        где Кад — адиабатический модуль объёмного сжатия, ρ — плотность, βад — адиабатическая сжимаемость, βиз = γβад — изотермическая сжимаемость, γ = cp/cv — отношение теплоёмкостей при постоянном давлении cp и при постоянном объёме cv.

         В идеальном газе С. з.

        

        (формула Лапласа), где ρ0 — среднее давление в среде, R — универсальная газовая постоянная, Т — абсолютная температура, μ — молекулярный вес газа. При γ = 1 получаем формулу Ньютона для С. з., соответствующую предположению об изотермическом характере процесса распространения. В жидкостях обычно можно пренебречь различием между адиабатическим и изотермическим процессами.

         С. з. в газах меньше, чем в жидкостях, а в жидкостях меньше, как правило, чем в твёрдых телах, поэтому при сжижении газа С. з. возрастает. В табл. 1 и 2 приведены значения С. з. для некоторых газов и жидкостей, причём в тех случаях, когда имеется дисперсия С. з., приведены её значения для малых частот, когда период звуковой волны больше, чем время релаксации (См. Релаксации время).

         Табл. 1. — Скорость звука в газах при 0 °C и давлении 1 атм

        --------------------------------------------------------------

        | Газ                       | с, м/сек                 |

        |------------------------------------------------------------|

        | Азот                     | 334                       |

        |------------------------------------------------------------|

        | Кислород             | 316                       |

        |------------------------------------------------------------|

        | Воздух                 | 331                       |

        |------------------------------------------------------------|

        | Гелий                   | 965                       |

        |------------------------------------------------------------|

        | Водород               | 1284                      |

        |------------------------------------------------------------|

        | Метан                  | 430                       |

        |------------------------------------------------------------|

        | Аммиак                | 415                       |

        --------------------------------------------------------------

        

         С. з. в газах растет с ростом температуры и давления; в жидкостях С. з., как правило, уменьшается с ростом температуры. Исключением из этого правила является вода, в которой С. з. увеличивается с ростом температуры и достигает максимума при температуре 74 °С, а с дальнейшим ростом температуры уменьшается. В морской воде (См. Морская вода) С. з. зависит от температуры, солёности и глубины, что определяет ход звуковых лучей в море и, в частности, существование подводного звукового канала.

         Табл. 2. — Скорость звука в жидкостях при 20° С

        ------------------------------------------------------------------------

        | Жидкость                                 | с, м/сек      |

        |----------------------------------------------------------------------|

        | Вода                                        | 1490           |

        |----------------------------------------------------------------------|

        | Бензол                                     | 1324           |

        |----------------------------------------------------------------------|

        | Спирт этиловый                        | 1180           |

        |----------------------------------------------------------------------|

        | Четырёххлористый углерод      | 920             |

        |----------------------------------------------------------------------|

        | Ртуть                                       | 1453           |

        |----------------------------------------------------------------------|

        | Глицерин                                  | 1923           |

        ------------------------------------------------------------------------

        

         С. з. в смесях газов или жидкостей зависит от концентрации компонентов смеси.

         С. з. в изотропных твёрдых телах определяется модулями упругости (См. Модули упругости) вещества и его плотностью. В неограниченной твёрдой среде распространяются продольные и сдвиговые (поперечные) волны, причём фазовая С. з. для продольной волны равна         

        а для сдвиговой

        

        где Е — модуль Юнга, G — модуль сдвига, γ — коэффициент Пуассона, К — модуль объёмного сжатия. Скорость распространения продольных волн всегда больше, чем скорость сдвиговых волн (см. табл. 3).

         Табл. 3. — Скорость звука в некоторых твердых телах.

        ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

        |                                                   | cl, м/сек,             |                              | сlст, м/сек,           |

        | Материал                                   | скорость             | ct, м/сек, скорость | скорость звука в  |

        |                                                   | продольной         | сдвиговой волны    | стержне              |

        |                                                   | волны                  |                              |                            |

        |---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

        | Кварц плавленый                        | 5970                    | 3762                      | 5760                    |

        |---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

        | Бетон                                         | 4200—5300          | —                          | —                        |

        |---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

        | Плексиглас                                 | 2670—2680          | 1100—1121            | 1840—2140          |

        |---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

        | Стекло, флинт                            | 3760—4800          | 2380—2560            | 3490—4550          |

        |---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

        | Тефлон                                      | 1340                    | —                          | —                        |

        |---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

        | Эбонит                                       | 2405                    | —                          | 1570                    |

        |---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

        | Железо                                       | 5835—5950          | —                          | 2030                    |

        |---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

        | Золото                                        | 3200—3240          | 1200                      | 2030                    |

        |---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

        | Свинец                                       | 1960—2400          | 700—790                | 1200—1320          |

        |---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

        | Цинк                                           | 4170—4210          | 2440                      | 3700—3850          |

        |---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

        | Никель                                       | 5630                    | 2960                      | 4785—4973          |

        |---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

        | Серебро                                     | 3650—3700          | 1600—1690            | 2610—2800          |

        |---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

        | Латунь Л59                                 | 4600                    | 2080                      | 3450                    |

        |---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

        | Алюминиевый сплав АМГ           | 6320                    | 3190                      | 5200                    |

        ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

        

         В монокристаллических твёрдых телах С. з. зависит от направления распространения волны относительно кристаллографических осей. Во многих веществах С. з. зависит от наличия посторонних примесей. В металлах и сплавах С. з. существенно зависит от обработки, которой был подвергнут металл: прокат, ковка, отжиг и т. п.

         Измерение С. з. используется для определения многих свойств веществ. Измерение малых изменений С. з. является чувствительным методом определения наличия примесей в газах и жидкостях. В твёрдых телах измерения С. з. и её зависимость от разных факторов позволяют исследовать зонную структуру полупроводников (См. Полупроводники), строение Ферми поверхностей (См. Ферми поверхность) в металлах и пр. Ряд контрольно-измерительных применений ультразвука в технике основан на измерениях С. з.          Всё вышеизложенное относится к распространению звука в сплошной среде, т. е. С. з. является макроскопической характеристикой среды. Реальные вещества не являются сплошными; их дискретность приводит к необходимости рассмотрения упругих колебаний др. типов. В твёрдом теле понятие С. з. относится только к акустической ветви колебаний кристаллической решётки (См. Колебания кристаллической решётки).

        

         Лит.: Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М., Механика сплошных сред, 2 изд., М., 1953; Михайлов И. Г., Соловьев В. А., Сырников Ю. П., Основы молекулярной акустики, М., 1964; Колесников А. Е., Ультразвуковые измерения, М., 1970; Исакович М. А., Общая акустика, М., 1973.

         А. Л. Полякова.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. 1969—1978.

dic.academic.ru

Скорость звука - это... Что такое Скорость звука?

Скорость звука — скорость распространения упругих волн в среде — как продольных в газах, жидкостях и твердых телах, так и поперечных (сдвиговых) в твердой среде. Определяется упругостью и плотностью среды. Скорость звука в газах не является величиной постоянной и зависит от температуры данного вещества, в монокристаллах зависит от направления распространения волны и при заданных внешних условиях обычно не зависит от частоты волны и её амплитуды. В тех случаях, когда это не выполняется и скорость звука зависит от частоты, говорят о дисперсии звука. Впервые измерена Уильямом Дерхамом.

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.

Расчёт скорости в жидкости и газе

Скорость звука в однородной жидкости (или газе) вычисляется по формуле:

где — адиабатическая сжимаемость среды; — плотность.

Для газов эта формула выглядит так:

где — показатель адиабаты: 5/3 для одноатомных газов, 7/5 для двухатомных (и для воздуха), 4/3 для многоатомных; — постоянная Больцмана; — универсальная газовая постоянная; — абсолютная температура в кельвинах; — температура в градусах Цельсия; — молекулярная масса; — молярная масса. По порядку величины скорость звука в газах близка к средней скорости теплового движения молекул и в приближении постоянства показателя адиабаты пропорциональна квадратному корню из абсолютной температуры.

Данные выражения являются приближенными, поскольку основываются на уравнениях, описывающих поведение идеального газа. При больших давлениях и температурах необходимо вносить соответствующие поправки.

Для расчета сжимаемости многокомпонентной смеси, состоящей из невзаимодействующих друг с другом жидкостей и/или газов, применяется уравнение Вуда. Это же уравнение применимо и для оценки скорости звука в нейтральных взвесях.

Для растворов и других сложных физико-химических систем (например, природный газ, нефть) данные выражения могут давать очень большую погрешность.

Твёрдые тела

В однородных твёрдых телах могут существовать два типа объемных волн, отличающихся друг от друга поляризацией колебаний относительно направления распространения волны: продольная (P-волна) и поперечная (S-волна). Скорость распространения первой всегда выше, чем скорость второй :

где — модуль всестороннего сжатия; — модуль сдвига; — модуль Юнга; — коэффициент Пуассона. Как и для случая с жидкой или газообразной средой, при расчетах должны использоваться адиабатические модули упругости.

В многофазных средах из-за явлений неупругого поглощения энергии скорость звука, вообще говоря, зависит от частоты колебаний (то есть наблюдается дисперсия скорости). Например, оценка скорости упругих волн в двухфазной пористой среде может быть выполнена с применением уравнений теории Био-Николаевского. При достаточно высоких частотах (выше частоты Био) в такой среде возникают не только продольные и поперечные волны, но также и продольная волна II-рода. При частоте колебаний ниже частоты Био, скорость упругих волн может быть приблизительно оценена с использованием гораздо более простых уравнений Гассмана.

При наличии границ раздела, упругая энергия может передаваться посредством поверхностных волн различных типов, скорость которых отличается от скорости продольных и поперечных волн. Энергия этих колебаний может во много раз превосходить энергию объемных волн.

Скорость звука в воде

В чистой воде скорость звука составляет 1500 м/с (см. опыт Колладона—Штурма). Прикладное значение имеет также скорость звука в солёной воде океана. Скорость звука увеличивается в более солёной и более тёплой воде. При большем давлении скорость также возрастает, то есть чем глубже, тем скорость звука больше. Разработано несколько теорий распространения звука в воде.

Например, теория Вильсона 1960 года для нулевой глубины даёт следующее значение скорости звука:

,

где c — скорость звука в метрах в секунду, T — температура в градусах Цельсия, S — солёность в промилле.

Иногда также пользуются упрощённой формулой Лероя:

,

где z — глубина в метрах. Эта формула обеспечивает точность порядка 0,1 м/с для T < 20 °C и z < 8 000 м.

При температуре 24 °C, солёности 35 промилле и нулевой глубине, скорость звука равна около 1 532,3 м/c. При T = 4 °C, глубине 100 м и той же солёности скорость звука равна 1 468,5 м/с[2].

См. также

Примечания

Литература

  • Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М., Механика сплошных сред, 2 изд., М., 1953;
  • Михайлов И. Г., Соловьев В. А., Сырников Ю. П., Основы молекулярной акустики, М., 1964;
  • Колесников А. Е., Ультразвуковые измерения, М., 1970;
  • Исакович М. А., Общая акустика, М., 1973.

Ссылки

biograf.academic.ru

Скорость звука

скорости. Скорость звука обычно величина постоянная для данного вещества при заданных внешних условиях и не зависит от частоты волны и её амплитуды. В тех случаях, когда это не выполняется и Скорость звука зависит от частоты, говорят о дисперсии звука.

  Для газов и жидкостей, где звук распространяется обычно адиабатически (т. е. изменение температуры, связанное со сжатиями и разряжениями в звуковой волне, не успевает выравниваться за период), выражение для Скорость звука можно представить, как

,

где Кад — адиабатический модуль объёмного сжатия, r — плотность, bад — адиабатическая сжимаемость, bиз = gbад — изотермическая сжимаемость, g = cp/cv — отношение теплоёмкостей при постоянном давлении cp и при постоянном объёме cv.

  В идеальном газе Скорость звука

(формула Лапласа), где r0 — среднее давление в среде, R — универсальная газовая постоянная, Т — абсолютная температура, m — молекулярный вес газа. При g = 1 получаем формулу Ньютона для Скорость звука, соответствующую предположению об изотермическом характере процесса распространения. В жидкостях обычно можно пренебречь различием между адиабатическим и изотермическим процессами.

  Скорость звука в газах меньше, чем в жидкостях, а в жидкостях меньше, как правило, чем в твёрдых телах, поэтому при сжижении газа Скорость звука возрастает. В табл. 1 и 2 приведены значения Скорость звука для некоторых газов и жидкостей, причём в тех случаях, когда имеется дисперсия Скорость звука, приведены её значения для малых частот, когда период звуковой волны больше, чем время релаксации.

  Табл. 1. — Скорость звука в газах при 0 °C и давлении 1 атм

  Скорость звука в газах растет с ростом температуры и давления; в жидкостях Скорость звука, как правило, уменьшается с ростом температуры. Исключением из этого правила является вода, в которой Скорость звука увеличивается с ростом температуры и достигает максимума при температуре 74 °С, а с дальнейшим ростом температуры уменьшается. В морской воде Скорость звука зависит от температуры, солёности и глубины, что определяет ход звуковых лучей в море и, в частности, существование подводного звукового канала.

  Табл. 2. — Скорость звука в жидкостях при 20° С

Жидкость с, м/сек
Вода 1490
Бензол 1324
Спирт этиловый 1180
Четырёххлористый углерод 920
Ртуть 1453
Глицерин 1923
  Скорость звука в смесях газов или жидкостей зависит от концентрации компонентов смеси.

  Скорость звука в изотропных твёрдых телах определяется модулями упругости вещества и его плотностью. В неограниченной твёрдой среде распространяются продольные и сдвиговые (поперечные) волны, причём фазовая Скорость звука для продольной волны равна

,

а для сдвиговой

где Е — модуль Юнга, G — модуль сдвига, g — коэффициент Пуассона, К — модуль объёмного сжатия. Скорость распространения продольных волн всегда больше, чем скорость сдвиговых волн (см. табл. 3).

  Табл. 3. — Скорость звука в некоторых твердых телах.

Материал cl, м/сек, скорость продольной волны ct, м/сек, скорость сдвиговой волны сlст, м/сек, скорость звука в стержне
Кварц плавленый 5970 3762 5760
Бетон 4200—5300
Плексиглас 2670—2680 1100—1121 1840—2140
Стекло, флинт 3760—4800 2380—2560 3490—4550
Тефлон 1340
Эбонит 2405 1570
Железо 5835—5950 2030
Золото 3200—3240 1200 2030
Свинец 1960—2400 700—790 1200—1320
Цинк 4170—4210 2440 3700—3850
Никель 5630 2960 4785—4973
Серебро 3650—3700 1600—1690 2610—2800
Латунь Л59 4600 2080 3450
Алюминиевый сплав АМГ 6320 3190 5200
  В монокристаллических твёрдых телах Скорость звука зависит от направления распространения волны относительно кристаллографических осей. Во многих веществах Скорость звука зависит от наличия посторонних примесей. В металлах и сплавах Скорость звука существенно зависит от обработки, которой был подвергнут металл: прокат, ковка, отжиг и т. п.

  Измерение Скорость звука используется для определения многих свойств веществ. Измерение малых изменений Скорость звука является чувствительным методом определения наличия примесей в газах и жидкостях. В твёрдых телах измерения Скорость звука и её зависимость от разных факторов позволяют исследовать зонную структуру полупроводников, строение Ферми поверхностей в металлах и пр. Ряд контрольно-измерительных применений ультразвука в технике основан на измерениях Скорость звука

  Всё вышеизложенное относится к распространению звука в сплошной среде, т. е. Скорость звука является макроскопической характеристикой среды. Реальные вещества не являются сплошными; их дискретность приводит к необходимости рассмотрения упругих колебаний др. типов. В твёрдом теле понятие Скорость звука относится только к акустической ветви колебаний кристаллической решётки.

 

  Лит.: Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М., Механика сплошных сред, 2 изд., М., 1953; Михайлов И. Г., Соловьев В. А., Сырников Ю. П., Основы молекулярной акустики, М., 1964; Колесников А. Е., Ультразвуковые измерения, М., 1970; Исакович М. А., Общая акустика, М., 1973.

  А. Л. Полякова.

Статья про слово "Скорость звука" в Большой Советской Энциклопедии была прочитана 41299 раз

Интересное

bse.sci-lib.com

Рассчитываем скорость звука в км

Сегодня многие новоселы, обустраивая квартиру, вынуждены проводить дополнительные работы, в том числе по звукоизоляции своего жилища, т.к. применяемые стандартные материалы позволяют лишь отчасти скрыть, что творится в собственном доме, и не интересоваться против воли общением соседей.

На скорость звука в твердых телах влияет как минимум плотность и упругость вещества, противостоящего волне. Поэтому при оборудовании помещений слой, прилегающий к несущей стене, делают звукоизолирующим с «напусками» сверху и снизу. Он позволяет снизить уровень шума в децибелах иногда более чем в 10 раз. Затем укладывают базальтовые маты, а сверху - гипсокартонные листы, которые отражают звук вовне от квартиры. Когда звуковая волна «подлетает» к такой конструкции, то она затухает в слоях изолятора, которые являются пористыми и мягкими. Если звук имеет большую силу, то материалы, его поглощающие, могут даже нагреваться.

Упругие же вещества, такие, как вода, дерево, металлы, хорошо передают звуковые колебания, поэтому мы слышим прекрасное «пение» музыкальных инструментов. А некоторые народности в прошлом определяли приближение, например, всадников, прикладывая ухо к земле, которая также является достаточно упругой.

Скорость звука в км зависит от характеристик той среды, в которой он распространяется. В частности, на процесс могут повлиять ее давление, химический состав, температура, упругость, плотность и другие параметры. Например, в стальном листе звуковая волна проходит со скоростью 5100 метров в секунду, в стекле – около 5000 м/с, в дереве и граните – около 4000 м/с. Для перевода скорости в километры в час нужно умножить показатели на 3600 (секунд в часе) и разделить на 1000 (метров в километре).

Скорость звука в км в водной среде различна для веществ с разной соленостью. Для пресной воды при температуре 10 градусов Цельсия она составляет около 1450 м/с, а при температуре в 20 градусов Цельсия и том же давлении – уже около 1490 м/с.

Соленая же среда отличается заведомо большей скоростью прохождения звуковых колебаний.

Распространение звука в воздухе также зависит от температуры. При значении этого параметра, равном 20 градусам Цельсия, звуковые волны проходят со скоростью около 340 м/с, что составляет около 1200 км/час. А при нуле градусов скорость замедляется до 332 м/с. Возвращаясь к нашим изоляторам для квартиры, мы можем узнать, что в таком материале, как пробка, которую часто используют для снижения уровня внешнего шума, скорость звука в км составляет всего 1800 км/ч (500 метров в секунду). Это в десять раз ниже этой характеристики в стальных деталях.

Звуковая волна представляет собой продольное колебание среды, в которой она распространяется. При прохождении, например, мелодии музыкального произведения через какое-то препятствие, уровень его громкости понижается, т.к. изменяется амплитуда колебаний. При этом частота остается той же, благодаря чему мы слышим женский голос как женский, а мужской - как мужской. Самым интересным является место, где скорость звука в км близка к нулю. Это – вакуум, в котором волны такого типа почти не распространяются. Чтобы продемонстрировать, как это работает, физики помещают звенящий будильник под колпак, из которого выкачивают воздух. Чем больше разреженность воздуха, тем тише слышен звонок.

fb.ru

Скорость звука в воздухе

Для многих даже спустя годы после окончания школы остается неизвестным, какова же на самом деле скорость звука в воздухе. Кто-то невнимательно слушал преподавателя, а кто-то просто не до конца понял излагаемый материал. Что ж, быть может, настало время восполнить этот пробел в знаниях. Сегодня мы не просто укажем «сухие» цифры, а поясним сам механизм, определяющий скорость звука в воздухе.

Как известно, воздух представляет собой совокупность различных газов. Немногим более 78% приходится на азот, почти 21% занимает кислород, оставшаяся часть представлена углекислым и инертными газами. Следовательно, речь пойдет о скорости распространения звука в газовой среде.

Сначала давайте определимся, что такое звук. Наверняка многие слышали высказывание «звуковые волны» или «звуковые колебания». Действительно, например, диффузор звуковоспроизводящей колонки колеблется с определенной частотой, которая классифицируется слуховым аппаратом человека как звук. Один из законов физики гласит, что давление в газах и жидкостях распространяется без изменения во всех направлениях. Отсюда следует, что в идеальных условиях скорость звука в газах равномерна. Разумеется, в действительности имеет место ее естественное затухание. Нужно запомнить эту особенность, так как именно она объясняет, почему скорость может изменяться. Но это мы немного отвлеклись от главной темы. Итак, если звук – это колебания, то что именно колеблется?

Любой газ – это совокупность атомов определенной конфигурации. В отличие от твердых тел, между атомами в них относительно большое расстояние (по сравнению, например, с кристаллической решеткой металлов). Можно привести аналогию с горошинами, распределенными по емкости с желеобразной массой. Источник звуковых колебаний сообщает импульс движения ближайшим атомам газа. Они в свою очередь, подобно шарам на бильярдном столе, «ударяют» по соседним, и процесс повторяется. Скорость звука в воздухе как раз и определяет интенсивность импульса-первопричины. Но это лишь одна составляющая. Чем плотнее расположены атомы вещества, тем выше скорость распространения звука в нем. К примеру, скорость звука в воздухе почти в 10 раз меньше, чем в монолитном граните. Это очень легко понять: чтобы атом в газе мог «долететь» до соседнего и передать ему энергию импульса, ему необходимо преодолеть определенное расстояние.

Следствие: с увеличением температуры скорость распространения волн повышается. Несмотря на тепловое расширение, собственная скорость атомов выше, они хаотично двигаются и чаще соударяются. Также верно, что сжатый газ проводит звук намного быстрее, но чемпионом все-таки является сжиженное агрегатное состояние. В расчетах скорости звука в газах учитываются начальная плотность, сжимаемость, температура и коэффициент (газовая постоянная). Собственно, все это следует из вышесказанного.

Все-таки какова скорость звука в воздухе? Многие уже догадались, что невозможно дать однозначный ответ. Приведем лишь некоторые основные данные:

– при нуле градусов Цельсия на нулевой точке (уровень моря) скорость звука составляет около 331 м/с;

– снизив температуру до – 20 градусов Цельсия, можно «замедлить» звуковые волны до 319 м/с, так как изначально атомы в пространстве движутся медленнее;

– повышение же ее до 500 градусов ускоряет распространение звука почти в полтора раза – до 550 м/с.

Однако приведенные данные ориентировочны, так как кроме температуры на способность газов проводить звук влияет также давление, конфигурация пространства (помещение с предметами или открытая площадь), собственная подвижность и т.д.

В настоящее время свойство атмосферы проводить звук активно исследуется. К примеру, один из проектов позволяет посредством регистрации отраженного звукового сигнала (эха) определять температуру слоев воздуха.

fb.ru

Скорость звука - Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Скорость звука — скорость распространения упругих волн в среде: как продольных (в газах, жидкостях или твёрдых телах), так и поперечных, сдвиговых (в твёрдых телах). Определяется упругостью и плотностью среды: как правило, в газах скорость звука меньше, чем в жидкостях, а в жидкостях — меньше, чем в твёрдых телах. Также, в газах скорость звука зависит от температуры данного вещества, в монокристаллах — от направления распространения волны. Обычно не зависит от частоты волны и её амплитуды; в тех случаях, когда скорость звука зависит от частоты, говорят о дисперсии звука.

История измерения скорости звука[ | ]

Уже у античных авторов встречается указание на то, что звук обусловлен колебательным движением тела (Птолемей, Евклид). Аристотель отмечает, что скорость звука имеет конечную величину, и правильно представляет себе природу звука[2]. Попытки экспериментального определения скорости звука относятся к первой половине XVII в. Ф. Бэкон в «Новом органоне» указал на возможность определения скорости звука путём сравнения промежутков времени между вспышкой света и звуком выстрела. Применив этот метод, различные исследователи (М. Мерсенн, П.Гассенди, У. Дерхам, группа учёных Парижской академии наук — Д. Кассини, Ж. Пикар, Гюйгенс, Рёмер) определили значение скорости звука (в зависимости от условий экспериментов, 350—390 м/с). Теоретически вопрос о скорости звука впервые рассмотрел И. Ньютон в своих «Началах». Ньютон фактически предполагал изотермичность распространения звука, поэтому получил заниженную оценку. Правильное теоретическое значение скорости звука было получено Лапласом[3][4][5][6].

Расчёт скорости звука в жидкости и газе[ | ]

Скорость звука в однородной жидкости (или газе) вычисляется по формуле:

c=1βρ.{\displaystyle c={\sqrt {\frac {1}{\beta \rho }}}.}

В частных производных:

c=−v2(Ƞ

encyclopaedia.bid

Как найти скорость звука

Сегодня знают практически все, что звук в среде распространяется с некоторой конечной скоростью. Его можно измерить, сравнив скорость его распространения в воздухе со световой вспышкой, которую можно считать мгновенной или по эху. Скорость звука в различных средах можно вычислить теоретически.

Вам понадобится

  • - дальномер;
  • - секундомер;
  • - формула газа, в котором измеряется скорость звука.

Инструкция

  • Скорость звука в воздухе можно измерить двумя достаточно простыми способами. Возьмите в качестве источника звука охотничье ружье. Опыт производите в сумерках, чтобы пламя от выстрела было хорошо видно. Отойдите от человека с ружьем на расстояние около километра так, чтобы между вами не было преград. Возьмите точный секундомер и после выстрела, который можно засечь по вспышке пороховых газов, измерьте время, за которое послышится звук. Найдите скорость звука, поделив расстояние на время, за которое оно проходится звуком vзв=S/t. Чем больше будет расстояние, там точнее измерение. Опыт повторите несколько раз, после чего найдите среднее значение.
  • Скорость звука можно измерить, если стать перед большой твердой преградой, какой может быть, например, гора или крутой обрыв. Станьте на некотором расстоянии от него, измерьте расстояние с помощью дальномера. Затем произведите резкий громкий звук (выстрел, удар колокола и т.д.), одновременно включив секундомер. Выключите его в тот момент, когда услышите отраженный звук. Найдите скорость звука, поделив удвоенное расстояние до преграды на измеренное время vзв=2•S/t. Проведите измерение несколько раз и найдите среднее значение.
  • Чтобы рассчитать скорость звука в газе теоретически, измерьте его температуру, молярную массу и узнайте химическую формулу. Температуру переведите в Кельвины, прибавив к градусам Цельсия число 273. В зависимости от химической формулы газа подберите коэффициент адиабаты. Для одноатомного газа он равен 5/3, для двухатомного газа - 7/5 и для остальных газов - 4/3. Умножьте коэффициент адиабаты на 8,31 (универсальную газовую постоянную) и абсолютную температуру, поделите на молярную массу в кг/моль. Из полученного числа извлеките корень квадратный.
  • Чтобы определить скорость звука в морской воде при температуре Т, которая измерена в градусах Цельсия, на глубине Z, при солености S в промилле, используйте уравнение vзв=1492,9+3•(T−10)−0,006•(T−10)²−0,04•(T−18)² + 1,2•(S−35)−0,01•(T−18)•(S−35)+z/61.

completerepair.ru