聲速
編輯聲速是聲波在彈性介質中傳播時每單位時間傳播的距離。 在 20 °C(68 °F)時,空氣中的聲速約為每秒 343 米(1,125 英尺/秒;1,235 公里/小時;767 英里/小時;667 節),或一公里 2.91 秒或一英里 4.69 秒 它在很大程度上取決于溫度以及聲波傳播的介質。 在 0°C(32°F)時,空氣中的聲速約為 331 米/秒(1,086 英尺/秒;1,192 公里/小時;740 英里/小時;643 節)。
理想氣體中的聲速僅取決于其溫度和成分。 速度對普通空氣中的頻率和壓力的依賴性較弱,略微偏離理想行為。
在口語中,音速是指聲波在空氣中傳播的速度。 然而,聲音的速度因物質而異:通常,聲音在氣體中傳播最慢,在液體中傳播得更快,在固體中傳播得最快。 例如,雖然聲音在空氣中的傳播速度為 343 m/s,但它在水中的傳播速度為 1,481 m/s(快了將近 4.3 倍),在鐵中的傳播速度為 5,120 m/s(快了近 15 倍)。 在鉆石等異常堅硬的材料中,聲音以每秒 12,000 米(39,000 英尺/秒)的速度傳播,大約是其在空氣中速度的 35 倍,并且大約是正常條件下傳播速度的最快速度。
固體中的聲波由壓縮波和另一種稱為剪切波的聲波組成,這種聲波只發生在固體中。 固體中的剪切波通常以不同于壓縮波的速度傳播,如地震學中所展示的那樣。 固體中壓縮波的速度由介質的壓縮率、剪切模量和密度決定。 剪切波的速度僅由固體材料的剪切模量和密度決定。
在流體動力學中,流體介質中的聲速被用作物體在介質中移動速度的相對量度。 物體的速度與聲速(在同一介質中)的比值稱為物體的馬赫數。 以大于音速 (Mach1) 的速度運動的物體被稱為以超音速運動。
基本概念
編輯聲音的傳輸可以通過使用由彈簧互連的球形物體陣列組成的模型來說明。
在實際材料方面,球體代表材料的分子,彈簧代表它們之間的鍵。 聲音通過壓縮和膨脹彈簧穿過系統,將聲能傳輸到鄰近的球體。 這有助于將能量依次傳輸到鄰近球體的彈簧(鍵)等。
聲音通過模型的速度取決于彈簧的剛度/剛度和球體的質量。 只要球體的間距保持不變,較硬的彈簧/鍵傳遞能量的速度就會更快,而較大的球體傳遞能量的速度就會變慢。
在真實材料中,彈簧的剛度稱為彈性模量,質量對應于材料密度。 在所有其他條件相同的情況下,聲音在海綿狀材料中傳播得更慢,而在較硬的材料中傳播得更快。 使用此模型也可以理解色散和反射等效應。
例如,聲音在鎳中的傳播速度比在青銅中快 1.59 倍,這是因為在大致相同的密度下,鎳的剛度更高。
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