Физическая природа звука

Материал из База Знаний Фирмы Интеграл
Версия от 14:18, 29 мая 2013; Admin (обсуждение | вклад) (Новая страница: «Звук является спутником человека в течение всей его жизни, но мало кто задумывается, что о...»)

(разн.) ← Предыдущая | Текущая версия (разн.) | Следующая → (разн.)
Перейти к: навигация, поиск

Звук является спутником человека в течение всей его жизни, но мало кто задумывается, что он собой представляет. С физической точки зрения звук можно определить как колебательные движения частиц в упругой среде, вызванные каким-либо источником, коротко — упругие волны. 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:

С = 332 + 0,6tc

где tc — температура окружающей среды, °С.


Таблица 1. 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

Таблица 2. 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.


Таблица 3. Скорость звука в твердом теле.

Вид твердого тела Скорость продольной волны, м/с Скорость поперечной волны, м/с
Плавленый кварц 5970 3762
Бетон 4200–5300
Плексиглас 2675 1110
Стекло 3760–4800 2380–2560
Тефлон 1340
Полистирол 2350 1120
Сталь 5740 3092
Золото 3220 1200
Мрамор 3810
Алюминий 6400 3130
Полиэтилен 2000
Серебро 3650–3700 1600–1690
Дуб 4100
Сосна 3600

Из таблиц наглядно видно, что скорость звука в газах значительно ниже, чем в твердых телах, именно поэтому в приключенческих фильмах часто можно увидеть, как люди прикладывают ухо к земле, чтобы определить наличие погони за собой, также это явление заметно рядом с железной дорогой, когда звук приходящего поезда, слышится дважды — в первый раз он передается по рельсам, а второй — по воздуху.


Процесс колебательного движения звуковой волны в упругой среде, можно описать на примере колебания частицы воздуха:


— на частицу воздуха, вынужденную сдвинуться со своей начальной позиции, из-за воздействия источника звука, действуют упругие силы воздуха, которые пытаются вернуть ее на свое первоначальное место, но из-за действия сил инерции, возвращаясь, частица не останавливается, а начинает удаляться от начальной позиции в противоположную сторону, где в свою очередь на нее также действуют упругие силы и процесс повторяется.