|
|
Большая Советская Энциклопедия (цитаты)
|
|
|
|
Скорость звука | Скорость звука (далее С) скорость распространения какой-либо фиксированной фазы звуковой волны; называется также фазовой скоростью, в отличие от групповой скорости. С обычно величина постоянная для данного вещества при заданных внешних условиях и не зависит от частоты волны и ее амплитуды. В тех случаях, когда это не выполняется и С 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 С можно представить, как
,
где Кад — адиабатический модуль объемного сжатия, r — плотность, bад — адиабатическая сжимаемость, bиз = gbад — изотермическая сжимаемость, g = cp/cv — отношение теплоемкостей при постоянном давлении cp и при постоянном объеме cv.
В идеальном газе С
(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 С, соответствующую предположению об изотермическом характере процесса распространения. В жидкостях обычно можно пренебречь различием между адиабатическим и изотермическим процессами.
С в газах меньше, чем в жидкостях, а в жидкостях меньше, как правило, чем в твердых телах, поэтому при сжижении газа С возрастает. В табл. 1 и 2 приведены значения С для некоторых газов и жидкостей, причем в тех случаях, когда имеется дисперсия С, приведены ее значения для малых частот, когда период звуковой волны больше, чем время релаксации.
Табл. 1. — С в газах при 0 ° и давлении 1 атм Газ | с, м/сек | | 334 | | 316 | Воздух | 331 | | 965 | | 1284 | Метан | 430 | Аммиак | 415 | С в газах растет с ростом температуры и давления; в жидкостях С, как правило, уменьшается с ростом температуры. Исключением из этого правила является вода, в которой С увеличивается с ростом температуры и достигает максимума при температуре 74 °С, а с дальнейшим ростом температуры уменьшается. В морской воде С зависит от температуры, солености и глубины, что определяет ход звуковых лучей в море и, в частности, существование подводного звукового канала.
Табл. 2. — С в жидкостях при 20° С Жидкость | с, м/сек | Вода | 1490 | Бензол | 1324 | Спирт этиловый | 1180 | Четыреххлористый | 920 | | 1453 | Глицерин | 1923 | С в смесях газов или жидкостей зависит от концентрации компонентов смеси.
С в изотропных твердых телах определяется модулями упругости вещества и его плотностью. В неограниченной твердой среде распространяются продольные и сдвиговые (поперечные) волны, причем фазовая С для продольной волны равна
,
а для сдвиговой
где Е — модуль Юнга, G — модуль сдвига, g — коэффициент Пуассона, К — модуль объемного сжатия. Скорость распространения продольных волн всегда больше, чем скорость сдвиговых волн (см. табл. 3).
Табл. 3. — С 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 | | 5835—5950 | — | 2030 | | 3200—3240 | 1200 | 2030 | | 1960—2400 | 700—790 | 1200—1320 | | 4170—4210 | 2440 | 3700—3850 | | 5630 | 2960 | 4785—4973 | | 3650—3700 | 1600—1690 | 2610—2800 | Латунь Л59 | 4600 | 2080 | 3450 | сплав АМГ | 6320 | 3190 | 5200 | В монокристаллических твердых телах С зависит от направления распространения волны относительно осей. Во многих веществах С зависит от наличия посторонних примесей. В металлах и сплавах С существенно зависит от обработки, которой был подвергнут металл: прокат, ковка, отжиг и т. п.
Измерение С используется для определения многих свойств веществ. Измерение малых изменений С является чувствительным методом определения наличия примесей в газах и жидкостях. В твердых телах измерения С и ее 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 С
Все вышеизложенное относится к распространению звука в сплошной среде, т. е. С является макроскопической характеристикой среды. Реальные вещества не являются сплошными; их дискретность приводит к необходимости рассмотрения упругих колебаний др. типов. В твердом теле понятие С относится только к акустической ветви колебаний кристаллической решетки.
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. |
Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска
|
|
|
|
|
|
|
Новости 23.12.2024 00:14:47
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|