سرعت صدا در چوب در دماهای مختلف سرعت صدا در رسانه های مختلف اثر داپلر در آکوستیک

معرفی.

مفهوم صداما معمولاً آن را با شنوایی و بنابراین، با فرآیندهای فیزیولوژیکی در گوش، و همچنین با فرآیندهای روانی در مغزمان (جایی که احساسات وارد شده به اندام های شنوایی پردازش می شوند) مرتبط می کنیم. علاوه بر این، تحت صداما پدیده فیزیکی را درک می کنیم که بر گوش ما تأثیر می گذارد، یعنی امواج طولی. اگر چنین امواج الاستیکی که در هوا منتشر می شوند فرکانس متفاوتی داشته باشند 16 قبل از 20000 هرتز، پس با رسیدن به گوش انسان، احساسی ایجاد می کنند صدا. بر این اساس، امواج الاستیک در هر محیطی که فرکانس آن در محدوده های مشخص شده باشد نامیده می شود امواج صوتییا به سادگی صدا. امواج الاستیک با فرکانس کمتر از 16 هرتز نامیده می شوند مادون صوت; امواج با فرکانس بیش از 20000 هرتز نامیده می شوند سونوگرافی. گوش انسان نمی تواند سونوگرافی های مادون قرمز و اولتراسوند را بشنود.

برای فردی که گوش می دهد، دو ویژگی صدا بلافاصله آشکار می شود، یعنی میزان صدا و زیر و بم آن. جلدمربوط به شدت موج صوتی است که با مجذور دامنه موج متناسب است. ارتفاعصدا نشان می دهد که بلند است، مانند ویولن یا ویولن سل، یا کم، مانند صدای درام باس یا سیم باس. کمیت فیزیکی مشخص کننده گام صدا فرکانس نوسان موج صوتی است که اولین بار توسط گالیله مورد توجه قرار گرفت. هر چه فرکانس کمتر باشد، زیر و بمی صدا کمتر می شود و هر چه فرکانس بالاتر باشد، صدا بیشتر می شود.

یکی از ویژگی های مهم صدا آن است سرعت. سرعت صوت، سرعتی است که امواج صوتی از یک محیط عبور می کنند. در گازها سرعت صوت کمتر از مایعات و در مایعات کمتر از جامدات است (و برای امواج عرضی سرعت همیشه کمتر از امواج طولی است). سرعت صوت در گازها و بخارها از 150 تا 1000 متر بر ثانیه، در مایعات از 750 تا 2000 متر بر ثانیه، در جامدات از 2000 تا 6500 متر بر ثانیه است. در هوا در شرایط عادی سرعت صوت 330 متر بر ثانیه، در آب - 1500 متر بر ثانیه است.

چکیده همچنین تأثیری را مورد بحث قرار می دهد که وجود آن در سال 1842 توسط کریستین داپلر (دوپلر) (دوپلر) (1803-53)، فیزیکدان و ستاره شناس اتریشی. این اثر بعدها به نام او نامگذاری شد.

1. سرعت امواج صوتی در رسانه های مختلف.

ما معمولاً صدا را به عنوان حرکت در هوا در نظر می گیریم زیرا معمولاً هوا است که با پرده گوش ما تماس پیدا می کند و ارتعاشات آن باعث ارتعاش آن پرده گوش می شود. با این حال، امواج صوتی می توانند در مواد دیگر نیز منتشر شوند. شناگر می تواند صدای برخورد دو سنگ را در زیر آب بشنود، زیرا ارتعاشات توسط آب به گوش منتقل می شود. اگر گوش خود را روی زمین بگذارید، می توانید نزدیک شدن قطار یا تراکتور را بشنوید. در این حالت، زمین مستقیماً بر پرده گوش شما تأثیر نمی گذارد. با این حال، موج طولی منتشر شده در زمین را موج صوتی می نامند، زیرا ارتعاشات آن باعث ارتعاش هوا در گوش خارجی می شود. در واقع، امواج طولی که در هر محیط مادی منتشر می شوند، اغلب امواج صوتی نامیده می شوند. بدیهی است که صدا در غیاب ماده نمی تواند منتشر شود. برای مثال، شنیدن صدای زنگی که در داخل کشتی قرار دارد و هوا از آن خارج شده است، غیرممکن است [آزمایش رابرت بویل (1660)].

سرعت صدادر مواد مختلف معانی مختلفی دارد. در هوا در دمای 0 درجه سانتیگراد و فشار 1 اتمسفر، صدا با سرعت 331.3 متر بر ثانیه حرکت می کند. در هوا و سایر محیط های گازی و مایع، سرعت به مدول فشرده سازی بستگی دارد بو چگالی محیط (ماده) r:

در هلیوم، که چگالی آن به طور قابل توجهی کمتر از چگالی هوا است، و مدول فشرده سازی تقریباً یکسان است، سرعت صوت تقریباً سه برابر بیشتر است. در مایعات و جامدات که به طور قابل توجهی تراکم پذیری کمتری دارند و بنابراین دارای مدول الاستیک به طور قابل توجهی بزرگتر هستند، سرعت به همان نسبت بیشتر است. مقادیر سرعت صدا در مواد مختلف در جداول 1.1، 1.2، 1.3 آورده شده است. آنها بیشتر به دما بستگی دارند (جدول 1.4، 1.5 را ببینید)، اما این وابستگی فقط برای گازها و مایعات قابل توجه است. به عنوان مثال، در هوا، با افزایش دما به میزان 1 درجه سانتیگراد، سرعت صوت تقریباً 0.60 متر بر ثانیه افزایش می یابد:

u"(331+0.60T) متر بر ثانیه،

که در آن T دما بر حسب درجه سانتیگراد است. به عنوان مثال، در 20 درجه سانتیگراد داریم:

u" m/s = 343 m/s.

2. اثر داپلر در آکوستیک.

شاید متوجه شده باشید که صدای آژیر ماشین آتش نشانی که با سرعت زیاد در حال حرکت است، پس از عبور وسیله نقلیه از روی شما به شدت پایین می آید. همچنین ممکن است متوجه تغییر در گام سیگنال خودرویی شده باشید که با سرعت زیاد از کنار شما می گذرد. گام موتور ماشین مسابقه نیز با عبور از ناظر تغییر می کند. اگر یک منبع صوتی به ناظر نزدیک شود، زیر و بمی صدا در مقایسه با زمانی که منبع صوت در حالت استراحت بود افزایش می یابد. اگر منبع صدا از ناظر دور شود، زیر و بمی صدا کاهش می یابد. این پدیده نامیده می شود اثر داپلرو برای همه انواع امواج رخ می دهد. حال بیایید دلایل وقوع آن را در نظر بگیریم و تغییر فرکانس امواج صوتی در اثر این اثر را محاسبه کنیم.

اثر داپلر: الف - هر دو ناظر در پیاده رو صدای آژیر یک ماشین آتش نشانی ایستاده را در یک فرکانس می شنوند. ب - ناظری که ماشین آتش نشانی به سمت او نزدیک می شود صدایی با فرکانس بالاتر و ناظری که ماشین آتش نشانی از او دور می شود صدای کمتری را می شنود.

اجازه دهید، برای اهداف خاص، ماشین آتش نشانی را در نظر بگیریم که آژیر آن، هنگامی که وسیله نقلیه ساکن است، صدایی با فرکانس معینی را در همه جهات منتشر می کند، همانطور که در شکل نشان داده شده است. 2.1، a. بگذارید ماشین آتش نشانی اکنون شروع به حرکت کند و آژیر همچنان امواج صوتی را با همان فرکانس منتشر می کند. با این حال، همانطور که در شکل نشان داده شده است، هنگام رانندگی، امواج صوتی منتشر شده توسط آژیر رو به جلو نسبت به زمانی که خودرو حرکت نمی کرد به هم نزدیکتر خواهد بود. 2.1، ب. این به این دلیل اتفاق می‌افتد که در حین حرکت، ماشین آتش نشانی با امواجی که قبلاً ساطع شده بود، برخورد می‌کند. بنابراین، ناظری در نزدیکی جاده متوجه تعداد بیشتری از تاج‌های موجی می‌شود که در واحد زمان از کنار او عبور می‌کنند و بنابراین، فرکانس صدا برای او بیشتر خواهد بود. از سوی دیگر، امواجی که در پشت خودرو منتشر می‌شوند از یکدیگر دورتر خواهند بود، زیرا به نظر می‌رسد خودرو از آنها جدا می‌شود. در نتیجه، در واحد زمان، تاج‌های موج کمتری از ناظر پشت ماشین عبور می‌کند و زیر و بمی صدا کمتر می‌شود.

برنج. 2.2.

برای محاسبه تغییر فرکانس از شکل 1 استفاده می کنیم. 2.2. فرض می‌کنیم که در چارچوب مرجع ما، هوا (یا رسانه‌های دیگر) در حال استراحت است. در شکل 2.2 منبع صدا (مثلاً آژیر) در حالت استراحت است. تاج های موج متوالی نشان داده شده اند که یکی از آنها فقط توسط منبع صدا ساطع می شود. فاصله بین این تاج ها برابر با طول موج است ل. اگر فرکانس نوسان منبع صوتی برابر با ¦ باشد، زمان سپری شده بین انتشار تاج های موج برابر است با

تی= 1/¦.

در شکل 2.3 منبع صدا با سرعت حرکت می کند تو ist در طول زمان T (که به تازگی مشخص شده است)، تاج اول موج مسافت را طی خواهد کرد d =توتی، جایی که تو- سرعت موج صوتی در هوا (که البته بدون در نظر گرفتن اینکه منبع در حال حرکت است یا نه یکسان خواهد بود). در همان زمان، منبع صدا به فاصله ای حرکت می کند د ist = تو ist تی. سپس فاصله بین تاج های موج متوالی برابر با طول موج جدید است ل`، در فرم نوشته خواهد شد

ل` = د + د ist = ( u+تو ist) تی= (u+تو ist)/¦،

زیرا تی= 1/¦. فرکانس ¦` موج با عبارت داده می شود

¦`= تو/ل` = تو¦/ ( u+تو ist)

¦` = ¦/(1 +تو ist /تو) [منبع صوت در حالت استراحت از ناظر دور می شود].

از آنجایی که مخرج کسر بزرگتر از یک است، ¦` داریم<¦. Например, если источник создаёт звук на частоте 400 Гц, когда он находится в покое, то, когда источник начинает двигаться в направлении от наблюдателя, стоящего на месте, со скоростью 30 м/с, последний услышит звук на частоте (при температуре 0 о C)

¦` = 400 هرتز / 1 + (30 متر بر ثانیه) / (331 متر بر ثانیه) = 366.64 هرتز.

طول موج جدید برای منبعی که با سرعت به ناظر نزدیک می شود تو ist، برابر خواهد بود

ل` = د - د ist

در این حالت فرکانس ¦` با عبارت داده می شود

¦` = ¦/(1 -تو ist /تو) [منبع صدا در حالت استراحت به ناظر نزدیک می شود].

اثر داپلر همچنین زمانی رخ می دهد که منبع صوت در حالت سکون باشد (نسبت به محیطی که امواج صوتی در آن منتشر می شود) و ناظر در حال حرکت است. اگر ناظری به یک منبع صوتی نزدیک شود، صدایی با ارتفاع بالاتر از صدایی که از منبع منتشر می شود می شنود. اگر ناظر از منبع دور شود، صدا برای او کمتر به نظر می رسد. از نظر کمی، تغییر فرکانس در اینجا با حالتی که منبع در حال حرکت است و ناظر در حال استراحت است، تفاوت کمی دارد. در این حالت فاصله بین تاج های موج (طول موج ل) تغییر نمی کند، اما سرعت حرکت برآمدگی ها نسبت به ناظر تغییر می کند. اگر ناظر به منبع صوت نزدیک شود، سرعت امواج نسبت به ناظر برابر خواهد بود تو` = تو + تو obs، کجا توسرعت انتشار صوت در هوا است (فرض می کنیم که هوا در حالت سکون است) و تو obs – سرعت ناظر. بنابراین فرکانس جدید برابر خواهد بود

¦`= تو` /ل = (تو + تو obs)/ ل,

یا، چون ل= تو /¦,

¦` = (1 +تو obs /تو) ¦ [ناظر به یک منبع صوتی ثابت نزدیک می شود].

در صورتی که ناظر از منبع صوت دور شود، سرعت نسبی برابر خواهد بود تو` = تو - توقابل مشاهده،

¦` = (1 -تو obs /تو) ¦ [ناظر از منبع صوتی ثابت دور می شود].

اگر یک موج صوتی از یک مانع متحرک منعکس شود، فرکانس موج منعکس شده به دلیل اثر داپلر با فرکانس موج فرودی متفاوت خواهد بود، به عنوان مثال. یک تغییر فرکانس به اصطلاح داپلر رخ خواهد داد. اگر امواج صوتی فرود و منعکس شده بر روی یکدیگر قرار گیرند، برهم نهی ایجاد می شود و این منجر به ضربات می شود. فرکانس ضربان برابر است با اختلاف بین فرکانس های دو موج. این تجلی اثر داپلر به طور گسترده در دستگاه های مختلف پزشکی استفاده می شود که معمولاً از امواج اولتراسونیک در محدوده فرکانس مگاهرتز استفاده می کنند. برای مثال می توان از امواج اولتراسوند منعکس شده از گلبول های قرمز برای تعیین سرعت جریان خون استفاده کرد. به طور مشابه، از این روش می توان برای تشخیص حرکت قفسه سینه جنین و همچنین نظارت از راه دور ضربان قلب استفاده کرد. لازم به ذکر است که اثر داپلر همچنین مبنای تشخیص راداری وسایل نقلیه ای است که بیش از حد مجاز سرعت تعیین شده هستند، اما در این مورد به جای امواج صوتی از امواج الکترومغناطیسی (رادیویی) استفاده می شود.

دقت روابط (2.1) و (2.2) کاهش می یابد اگر تو ist یا تومشاهدات به سرعت صوت نزدیک می شوند. این به دلیل این واقعیت است که جابجایی ذرات محیط دیگر متناسب با نیروی ترمیم کننده نخواهد بود، یعنی. انحراف از قانون هوک به وجود خواهد آمد، به طوری که بیشتر استدلال نظری ما قدرت خود را از دست خواهد داد.

نتیجه.

صدا به شکل یک موج طولی در هوا و سایر رسانه ها منتشر می شود. سرعت صوت در هوا با افزایش دما افزایش می یابد. در دمای 0 درجه سانتیگراد تقریباً 331 متر بر ثانیه است.

اثر داپلر این است که حرکت منبع صوتی یا شنونده باعث تغییر در زیر و بم صدا می شود. مشخصه هر موجی (نور، صدا و غیره). وقتی منبع به گیرنده نزدیک می شود لکاهش می یابد و با فاصله مقداری افزایش می یابد ل - ل O = nl O /ج، جایی که ل o - طول موج منبع، ج- سرعت انتشار موج، n- سرعت نسبی منبع به عبارت دیگر، اگر منبع صدا و شنونده به هم نزدیک شوند، زیر و بمی صدا افزایش می یابد; اگر آنها از یکدیگر دور شوند، زیر و بمی صدا کاهش می یابد.

کتابشناسی - فهرست کتب.

1. دایره المعارف بزرگ سیریل و متدیوس 2001 (2 CD-ROM).

2. Giancoli D. Physics: در 2 جلد T. 1: Trans. از انگلیسی - م.: میر، 1368. – 656 ص.، بیمار.

3. Enochovich A. S. یک کتاب مرجع کوتاه در مورد فیزیک. – ویرایش دوم، اصلاح و تکمیل شده است. – م.: دبیرستان، 1976. – 288 ص.، بیمار.

4. Savelyev I.V. درس فیزیک عمومی: کتاب درسی. کمک هزینه در 3 جلد T. 2. الکتریسیته و مغناطیس. امواج. اپتیک. - چاپ سوم، برگردان - م.: علم. چ. ویرایش فیزیک و ریاضی lit., 1988. – 496 pp., ill.

کاربردآ.

کاربردب.

جداول.

توجه داشته باشید.ضریب دمایی سرعت صوت نشان می دهد که سرعت صوت در یک ماده با افزایش دمای 1 درجه سانتی گراد چند متر در ثانیه افزایش می یابد. علامت منفی نشان می دهد که این مایع دارای ضریب دمایی سرعت منفی است. این بدان معنی است که با افزایش دما، سرعت صوت در مایع کاهش می یابد. استثنا آب است که با افزایش دما از 0 به 74 درجه سانتیگراد، سرعت صوت در آن افزایش می یابد. بالاترین سرعت صوت در آب در دمای 74 درجه سانتیگراد 1555.5 متر بر ثانیه است.

سرعت صدا

سرعت صدا

حرکات در یک محیط الاستیک، به شرطی که شکل پروفیل آن بدون تغییر باقی بماند. سرعت موج هارمونیک نامیده می شود. همچنین سرعت فاز صوت معمولاً S. z یک مقدار ثابت برای یک جزیره معین با شرایط خارجی معین است. شرایط و به فرکانس موج و دامنه آن بستگی ندارد. در مواردی که معلوم می شود برای فرکانس های مختلف متفاوت است، در مورد پراکندگی صدا صحبت می کنیم.

برای گازها و مایعات، جایی که معمولاً به صورت آدیاباتیک منتشر می شود (یعنی تغییر درجه حرارت مرتبط با فشرده سازی و نادر شدن موج صوتی در طول دوره زمانی برای یکسان شدن ندارد)، S. z. به این صورت بیان می شود:

с=?(کاد/ر)=؟(1/بدر).

с=?(gp0/r)=?(gRT/m). (ف-لا لاپلاس)،

که در آن g=Cp/Cv نسبت ظرفیت حرارتی در فشار و حجم ثابت است، p0 میانگین در محیط، R جهانی است. ، m - mol. گاز. S. z. در گازها کمتر از مایعات و در مایعات کمتر از جامدات است. اجسام، بنابراین، هنگامی که گاز مایع می شود S. z. افزایش. در زیر مقادیر S.z آمده است. (m/s) برای گازها و مایعات خاص، و در مواردی که پراکندگی موج صوتی وجود دارد، مقادیر آن برای فرکانس های پایین، زمانی که دوره موج صوتی بیشتر از آرامش باشد، داده می شود.

سرعت صدا در گازها در 0 درجه سانتیگراد و فشار 1 دستگاه خودپرداز

نیتروژن................... 334

اکسیژن........... 316

هوا............ 331

هلیوم......... 965

هیدروژن......... 1284

متان.............. ... 430

آمونیاک .............. 415

S. z. در گازها با افزایش دما و فشار افزایش می یابد (در دمای اتاق، تغییر نسبی مقدار خورشیدی در هوا تقریباً 0.17٪ با تغییر دمای 1 درجه سانتیگراد است). در مایعات، ارزش خورشیدی، به عنوان یک قاعده، با افزایش دما چندین درجه کاهش می یابد. متر بر ثانیه در 1 درجه سانتیگراد؛

سرعت صدا در مایعات در دمای 20 درجه سانتیگراد

آب ..................... 1490

بنزن........................... 1324

اتانول……………. 1180

سیاره تیر...........…………………. 1453

گلیسیرین…………………….. ۱۹۲۳

استثناء این قاعده است آب، در برش S. z. با افزایش دما افزایش می یابد و در دمای 74 درجه سانتی گراد به حداکثر می رسد و با افزایش بیشتر دما کاهش می یابد. با افزایش فشار S. z. در آب تقریباً 0.01٪ در هر اتمسفر افزایش می یابد. در آب دریا N. z. با افزایش دما، شوری و عمق افزایش می یابد که مسیر صدا را تعیین می کند. پرتوهای موجود در دریا، به ویژه وجود یک کانال صوتی زیر آب.

S. z. در مخلوط گازها یا مایعات به غلظت اجزای مخلوط بستگی دارد.

S. z. در تلویزیون های ایزوتروپیک اجسام توسط مدول الاستیک بدن و چگالی آن تعیین می شود. در تلویزیون نامحدود. امواج طولی و برشی (عرضی) در محیط منتشر می شوند و فاز S. z. برای یک موج طولی برابر است با:

و برای برش:

که در آن E مدول یانگ، G مدول برشی، v ضریب است. پواسون، K - مدول فشرده سازی حجمی. سرعت انتشار امواج طولی همیشه بیشتر از سرعت امواج برشی است (جدول را ببینید). در تلویزیون بدن های محدود به عنوان مثال، انواع دیگری از امواج وجود دارد. که سرعت آن کمتر از cl و ct است. در صفحات، میله ها و سایر مواد جامد. موجبرها منتشر می شوند که سرعت آن نه تنها با ویژگی های ماده، بلکه توسط geo نیز تعیین می شود. پارامترهای بدن S. z. برای یک موج طولی در یک میله نازک برابر است با сl st = ?(E/r). در مونوکریست. تلویزیون اجساد S. z. بستگی به جهت انتشار موج نسبت به کریستالوگرافی دارد. تبرها در بسیاری از روستاهای S. z. بستگی به وجود ناخالصی های خارجی دارد. در فلزات و آلیاژهای S. z. به طور قابل توجهی به پردازش آنها بستگی دارد (نورد، آهنگری، بازپخت و غیره). در پیزوالکتریک و فروالکتریک S. z. نه تنها توسط مدول های الاستیک، بلکه توسط مدول های پیزوالکتریک تعیین می شود و ممکن است به کشش الکتریکی نیز بستگی داشته باشد. زمینه های.

سرعت صدا در برخی جامدات

در فرومغناطیس، S. z. بستگی به کشش مغناطیسی دارد. زمینه های.

اندازه گیری S. z. برای تعیین بسیاری از خواص جهان مانند تراکم پذیری گازها و مایعات، جامدات، دمای دبای و غیره استفاده می شود. اندازه گیری تغییرات کوچک در انرژی خورشیدی. yavl. احساس می کند. روشی برای تعیین وجود ناخالصی در گازها و مایعات در تلویزیون بدنه های اندازه گیری S. z. و وابستگی آن به عوامل مختلف امکان مطالعه ساختار نواری نیمه هادی ها، ساختار سطوح فرمی در فلزات و غیره را فراهم می کند. تعدادی کنترل و اندازه گیری. کاربرد اولتراسوند در مهندسی پایه در اندازه گیری S. z.

فرهنگ لغت دایره المعارف فیزیکی. - م.: دایره المعارف شوروی. سردبیر A. M. Prokhorov. 1983 .

سرعت صدا

سرعت انتشار موج الاستیک در محیط. s در جهت محور ایکس،فشار صدا آررا می توان در فرم نشان داد p = p(x - - ct)،جایی که t-زمان. برای هماهنگی صفحه، امواج در یک محیط بدون پراکندگی و SZ. بر حسب فرکانس w و بیان می شود کفلوی c= w/k. با سرعت باهماهنگ گسترش می یابد امواج، نامیده می شود همچنین فاز S. z. در محیط هایی که شکل یک موج دلخواه در حین انتشار تغییر می کند، هارمونیک. امواج با این حال شکل خود را حفظ می کنند، اما سرعت فاز برای فرکانس های مختلف، پراکندگی صدا، متفاوت است. در این موارد از مفهوم نیز استفاده می شود سرعت گروهدر دامنه های بزرگ موج الاستیک، اثرات غیرخطی ظاهر می شود (نگاه کنید به. آکوستیک غیرخطی)منجر به تغییر در هر موج از جمله موج هارمونیک می شود: سرعت انتشار هر نقطه از پروفیل موج به فشار در این نقطه بستگی دارد و با افزایش فشار افزایش می یابد که منجر به اعوجاج شکل موج می شود.

سرعت صوت در گازها و مایعات.در گازها و مایعات، صوت به صورت امواج فشاری- تخلیه حجمی منتشر می شود. اگر فرآیند انتشار به صورت آدیاباتیک اتفاق بیفتد (که معمولاً چنین است)، به عنوان مثال. ه - تغییر درجه حرارت در موج صوتی حتی پس از آن هم زمان ندارد 1 / 2 , در دوره، گرما از مناطق گرم شده (فشرده) زمان انتقال به مناطق سرد (نادر) را ندارد، سپس S. z. مساوی با ، جایی که R -فشار در یک ماده چگالی و شاخص آن است سنشان می دهد که مشتق در آنتروپی ثابت گرفته می شود. این S. z. تماس گرفت آدیاباتیک بیان برای S.

جایی که بهجهنم - آدیاباتیک. مدول فشرده سازی همه جانبه ماده، - آدیاباتیک. تراکم پذیری، - همدما تراکم پذیری = - نسبت ظرفیت حرارتی در فشار و حجم ثابت.

در یک گاز ایده آل، که در آن R = 8.31 J/mol*K ثابت گاز جهانی است، تی -عضلات شکم - وزن مولکولی گاز این به اصطلاح است l a p l a s o v a S. z. در گاز، به ترتیب قدر با میانگین سرعت حرارتی حرکت مولکول ها منطبق است. مقدار S. z جدید نامیده می شود، S. z را تعیین می کند. در ایزوترمال فرآیند انتشار، که می تواند در فرکانس های بسیار پایین انجام شود. در بیشتر موارد، S. z. با مقدار لاپلاس مطابقت دارد.

S. z. در گازهای کمتر از مایعات، و در مایعات، به طور معمول، کمتر، در گازهای ایده آل در دمای معین S. z. به فشار بستگی ندارد و با افزایش دما افزایش می یابد. تغییر S. z. برابر است ، که در آن و افزایش های کوچک سرعت و دما در مقایسه با مقادیر آنها هستند باو تی.در دمای اتاق مربوط می شود. تغییر در S. z. در هوا تقریباً 0.17٪ در هر 1 K است. در مایعات، مقدار خورشیدی معمولاً با افزایش دما کاهش می یابد و تغییر آن برای مثال برای استون -5.5 m/s*K، برای اتیل الکل -3.6 است. m/s * K. یک استثناء از این قاعده، آب، در برش است. ساعت در دمای اتاق با افزایش دما به میزان 2.5 m/s*K افزایش می یابد. جدول 1- سرعت صوت در برخی گازها در درجه سانتی گراد*

* مقادیر سرعت برای فشار معمولی داده شده است.

جدول 2- سرعت صوت در برخی مایعات در 20 درجه سانتیگراد

در آب دریا N. z. بستگی به دما، شوری و عمق دارد. این وابستگی ها پیچیده هستند. برای محاسبه S. z. در دریا از جداول محاسبه شده بر اساس داده های تجربی استفاده می شود. از آنجایی که دما، فشار و گاهی شوری با عمق تغییر می کند، شمال غربی در اقیانوس تابعی از عمق است ج (ز).این وابستگی به طور قابل توجهی ماهیت انتشار صدا در اقیانوس را تعیین می کند (نگاه کنید به. هیدروآکوستیک).به ویژه وجود را تعیین می کند کانال صدای زیر آب،موقعیت محور و سایر مشخصات به زمان سال، زمان روز و جغرافیا و موقعیت بستگی دارد.

در گازهای مایع S. z. در همان دما افزایش می یابد: به عنوان مثال، در گاز گازی در دمای 195- درجه سانتی گراد برابر با 176 متر بر ثانیه، در نیتروژن مایع در همان دما 859 متر بر ثانیه، در گاز و هلیوم مایع در دمای 269- درجه سانتی گراد است. با سرعت 102 متر بر ثانیه و 198 متر بر ثانیه.

S. z. در مخلوط گازها یا مایعات به غلظت اجزا بستگی دارد. ، که در آن یک مخلوط به عنوان مخلوط در نظر گرفته می شود که با وزن مولکولی اجزاء با در نظر گرفتن غلظت آنها تعیین می شود. در مخلوط های مایع، وابستگی S. z. بسته به غلظت اجزا، ماهیت نسبتاً پیچیده ای دارد که با نوع برهمکنش های بین مولکولی مرتبط است. بنابراین، در مخلوط های الکل-آب و اسید-آب در غلظت معین، حداکثر اندازه گیری S. S.z وجود دارد. می توان برای تعیین و کنترل غلظت اجزای مخلوط و محلول ها استفاده کرد.

در هلیوم مایع S. z. با کاهش دما افزایش می یابد. در طول انتقال فاز به حالت فوق سیال، پیچ خوردگی در منحنی وابستگی C ظاهر می شود. ساعت بسته به دما

در گازهای چند اتمی و تقریباً در همه مایعات پراکندگی C وجود دارد. z.، و در مایعات در فرکانس های مافوق صوت و مافوق صوت خود را نشان می دهد.

در لاستیک ها، پلیمرها و کائوچوک ها S. z. بستگی به شیمی دارد ترکیب و چگالی بسته بندی ماکرومولکول ها و با افزایش فرکانس افزایش می یابد. در موادی از این نوع با چگالی کمتر و S.z. کمتر، به عنوان مثال در لاستیک سیلیکونی C. سرعت صدا در جامدات. امواج الاستیک طولی و برشی (عرضی) در یک محیط جامد نامحدود منتشر می شوند. در یک جامد همسانگرد، سرعت فاز برای یک موج طولی است

برای موج برشی

جایی که E -مدول یانگ، G-مدول برشی، - ضریب پواسون، به -مدول فشرده سازی حجمی سرعت انتشار امواج طولی همیشه بیشتر از سرعت امواج برشی است و معمولاً این رابطه برقرار است. ارزش های با lو c tبرای برخی جامدات همسانگرد در جدول آورده شده است. 3.

جدول 3 -سرعت صوت در برخی از جامدات همسانگرد

در تک کریستال ها S. z. بستگی به جهت انتشار موج در کریستال دارد (نگاه کنید به آکوستیک کریستالی).در جهاتی که انتشار امواج طولی و عرضی صرفاً امکان پذیر است، به طور کلی یک مقدار وجود دارد. با lو دو معنی c t .اگر مقادیر c tمتفاوت هستند، سپس امواج مربوطه گاهی اوقات نامیده می شود. امواج عرضی سریع و آهسته در حالت کلی، برای هر جهت انتشار موج در یک کریستال، می توان سه موج مخلوط با سرعت انتشار متفاوت داشت که با ترکیب متناظر مدول الاستیک و بردارهای نوسان مشخص می شود. به صورت جمع مواد S. z. بستگی به وجود ناخالصی های خارجی دارد. در نیمه هادی ها و دی الکتریک ها S. z. حساس به غلظت ناخالصی ها؛ بنابراین، هنگامی که یک نیمه هادی با ناخالصی دوپ می شود که تعداد حامل های جریان را افزایش می دهد، S. z. با افزایش غلظت کاهش می یابد. با افزایش دما S. z. اندکی افزایش می یابد.

در فلزات و آلیاژهای S. z. به طور قابل توجهی به عملیات مکانیکی و حرارتی قبلی بستگی دارد: نورد، آهنگری، بازپخت، و غیره.

جدول 4 - سرعت صدا در برخی تک کریستال ها

در فلزات، به عنوان یک قاعده، S. z. با افزایش دما کاهش می یابد. هنگامی که فلز به حالت ابررسانا تبدیل می شود، ماهیت وابستگی متفاوت است: کمیت ds/dTدر نقطه انتقال علامت تغییر می کند. در مغناطیسی قوی فیلدها، اثرات خاصی بسته به S. z ظاهر می شوند. از ماگ میدان هایی که ویژگی های رفتار الکترون ها را در یک بلور فلزی منعکس می کنند. بنابراین، هنگامی که صدا در جهات خاصی منتشر می شود، SZ ها در کریستال ظاهر می شوند. kakf-tion ماگ. زمینه های. اندازه گیری وابستگی S. z. از ماگ زمینه ها حساس هستند در پیزوالکتریکو فروالکتریکوجود الکترومکانیکی پدیده مشابهی در مواد مغناطیسی،که در آن وجود یک اتصال مغناطیسی الاستیک، علاوه بر این، منجر به ظهور یک وابستگی قابل توجه SZ می شود. از کشش مغناطیسی میدان به دلیل اثر m، E از قدر میدان مغناطیسی. زمینه های ن.تغییرات C. ساعت با رشد نمی تواند به چندین برسد. درصد (گاهی تا ده ها درصد). همان وابستگی S. z. از کشش الکتریکی میدان در فروالکتریک مشاهده می شود. هنگام عمل بر روی استاتیک موهانیچ در جامدات محدود، علاوه بر امواج طولی و عرضی، انواع دیگری از امواج نیز وجود دارد. بنابراین، در امتداد سطح آزاد یک جسم جامد یا در امتداد مرز آن با محیط دیگر، آنها منتشر می شوند امواج صوتی سطحی،که سرعت آن کمتر از سرعت امواج بدن مشخصه یک ماده معین است. برای صفحات، میله ها و سایر مواد جامد صوتی. موجبرها مشخص هستند امواج معمولی،که سرعت آن نه تنها با خواص ماده، بلکه توسط هندسه بدن نیز تعیین می شود. بنابراین، به عنوان مثال، S. z. برای یک موج طولی در یک میله با مفصل، که ابعاد عرضی آن بسیار کوچکتر از طول موج صوتی است، متفاوت از S. z. در یک محیط نامحدود با l(جدول 3):

روش های اندازه گیری ج. پراش نور با سونوگرافی). نایب دقت نسبی اندازه گیری های مرتبه 10-5٪ (به عنوان مثال، هنگام مطالعه وابستگی بادما یا مغناطیسی زمینه ها یا غلظت ناخالصی ها یا عیوب).

اندازه گیری S. z. برای تعریف جمع استفاده می شود. خواص ماده، مانند آکوستیک مولکولی). تعیین تغییرات کوچک در S. z. حساس است روش تثبیت ناخالصی ها در گازها و مایعات در جامدات، اندازه گیری C است. روشن: Landau L. D., L i f sh i c E. M., Theory of Elasticity, 4th ed., M., 1987; آنها، هیدرودینامیک، ویرایش چهارم، M.، 1988; برگمن ال.، اولتراسوندها و کاربرد آنها در علم و فناوری، ترجمه. از آلمانی، ویرایش دوم، م.، 1957; میخائیلوف. G., Solovyov V. A., Syrnikov Yu P., Fundamentals of Molecular Acoustics, M., 1964; جداول محاسبه سرعت صوت در آب دریا، L.، 1965; آکوستیک فیزیکی، ویرایش. دبلیو میسون، ترجمه. از زبان انگلیسی، ج 1، قسمت الف، م.، 1966، چ. 4; t. 4، قسمت ب، م.، 1970، چ. 7; Kolesnikov A.E.، اندازه گیری های اولتراسونیک، ویرایش دوم، M.، 1982; T r u e l l R., E l b a u m Ch., Ch i k B., روش های اولتراسونیک در فیزیک حالت جامد، ترنس. از انگلیسی، م.، 1972; آکوستیک، A. L. Polyakova.

دایره المعارف فیزیکی. در 5 جلد. - م.: دایره المعارف شوروی. دایره المعارف بزرگ شوروی

سرعت انتشار امواج صوتی در یک محیط در گازها سرعت صوت کمتر از مایعات و در مایعات کمتر از جامدات است (و برای امواج برشی سرعت همیشه کمتر از امواج طولی است). سرعت صوت در گازها و بخارات از... ... فرهنگ لغت دایره المعارفی بزرگ

سرعت صدا- سرعت انتشار امواج صوتی 1. سرعت انتشار یک موج الاستیک در یک محیط. واحد m/s 2. سرعت فاز یا گروه یک موج صوتی در یک ماده غیر پراکنده برای یک جهت معین انتشار. )