Физическая энциклопедия - скорость звука

скорость перемещения в среде упругой волны при условии, что форма её профиля остаётся неизменной. Скорость гармонической волны наз. также фазовой скоростью звука. Обычно С. з.величина постоянная для данного в-ва при заданных внеш. условиях и не зависит от частоты волны и её амплитуды. В тех случаях, когда фазовая скорость оказывается различной для разных частот, говорят о дисперсии звука. Для газов и жидкостей, где звук распространяется обычно адиабатически (т. е. изменение темп-ры, связанное со сжатиями и разряжениями в звук. волне, не успевает выравниваться за период), С. з. выражается так: с=?(Kад/r)=?(1/bадr). где Kад адиабатич. модуль объёмного сжатия, r плотность, bад адиабатич. сжимаемость. В идеальном газе С. з. с=?(gp0/r)=?(gRT/m). (ф-ла Лапласа), где g=Cp/Cv отношение теплоёмкостей при постоянных давлении и объёме, р0 среднее давление в среде, R универс. газовая постоянная, m мол. масса газа. С. з. в газах меньше, чем в жидкостях, а в жидкостях меньше, как правило, чем в тв. телах, поэтому при сжижении газа С. з. возрастает. Ниже приведены значения С. з. (м/с) для нек-рых 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. СКОРОСТЬ ЗВУКА В ГАЗАХ ПРИ 0В°С И ДАВЛЕНИИ 1 ATM Азот.........……... 334 Кислород........... 316 Воздух............ … 331 Гелий............. … 965 Водород .......... 1284 Метан............. ... 430 Аммиак............ .. 415 С. з.

в газах растёт с ростом темп-ры и давления (при комнатной темп-ре относит. изменение С. з. в воздухе составляет примерно 0,17% при изменении темп-ры на 1В°С). В жидкостях С. з., как правило, уменьшается с ростом темп-ры на неск. м/с на 1В°С; СКОРОСТЬ ЗВУКА В ЖИДКОСТЯХ ПРИ 20В°С Вода ........………………..... 1490 Бензол ..........……………….

1324 Спирт этиловый.....…………. 1180 Четырёххлористый углерод 920 Ртуть...........…………………. 1453 Глицерин....………………..... 1923 исключением из этого правила явл. вода, в к-рой С. з. увеличивается с ростом темп-ры и достигает максимума при темп-ре 74В°С, а с дальнейшим ростом темп-ры уменьшается. С увеличением давления С.

з. в воде увеличивается примерно на 0,01% на 1 атм. В морской воде С. з. увеличивается с ростом темп-ры, солёности и глубины, что определяет ход звук. лучей в море, в частности существование подводного звукового канала. С. з. в смесях газов или жидкостей зависит от концентрации компонентов смеси. С. з. в изотропных тв. телах определяется модулями упругости в-ва и его плотностью.

В неограниченной тв. среде распространяются продольные и сдвиговые (поперечные) упругие волны, причём фазовая С. з. для продольной волны равна: а для сдвиговой: где Е модуль Юнга, G модуль сдвига, v коэфф. Пуассона, К модуль объёмного сжатия. Скорость распространения продольных волн всегда больше, чем скорость сдвиговых волн (см. табл.

). В тв. телах огранич. размеров имеются и др. типы волн, напр. поверхностные волны, скорость к-рых меньше сl и ct. В пластинах, стержнях и др. тв. волноводах распространяются нормальные волны, скорость к-рых определяется не только хар-ками в-ва, но и геом. параметрами тела. С. з. для продольной волны в тонком стержне равна сl ст= ?(Е/r). В монокрист.

тв. телах С. з. зависит от направления распространения волны относительно кристаллографич. осей. Во многих в-вах С. з. зависит от наличия посторонних примесей. В металлах и сплавах С. з. существенно зависит от обработки, к-рой они были подвергнуты (прокат, ковка, отжиг и т. п.). В пьезоэлектриках и сегнетоэлектриках С. з. определяется не только модулями упругости, но и пьезомодулями, а также может зависеть от напряжённости электрич.

поля. СКОРОСТЬ ЗВУКА В НЕКОТОРЫХ ТВЁРДЫХ ВЕЩЕСТВАХ В ферромагнетиках С. з. зависит от напряжённости магн. поля. Измерение С. з. используется для определения многих св-в в-ва, таких, как сжимаемость газов и жидкостей, модули упругости твёрдых тел, дебаевская темп-ра и др. Измерение малых изменений С. з. явл. чувствит. методом определения наличия примесей в газах и жидкостях. В тв. телах измерения С. з. и её зависимости от разных факторов позволяют исследовать зонную структуру полупроводников, строение Ферми поверхностей в металлах и пр. Ряд контрольно-измерит. применений УЗ в технике осн. на измерениях С. з. .