|
|
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 21.11.2024 11:32:10
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
