LYDS HASTIGHED- hastighed for udbredelse af en elastisk bølge i mediet. Bestemt af mediets elasticitet og tæthed. Til løb uden at ændre form med fart Med i aksens retning X, lydtryk r kan repræsenteres i formen p = p(x - - ct), Hvor t- tid. For plan harmoni, bølger i et medium uden spredning og SZ. udtrykt i frekvens w og k Floy c = m/k. Med fart Med den harmoniske fase forplanter sig. bølger, altså Med ringede også fase S. z. I medier, hvor formen af ​​en vilkårlig bølge ændres under udbredelsen, harmonisk. bølgerne bevarer ikke desto mindre deres form, men fasehastigheden viser sig at være forskellig for forskellige frekvenser, dvs. lydspredning.I disse tilfælde bruges konceptet også gruppehastighed. Ved store amplituder vises ikke-lineære effekter (se. Ikke-lineær akustik), hvilket fører til en ændring i alle bølger, inklusive harmoniske: Udbredelseshastigheden af ​​hvert punkt i bølgeprofilen afhænger af trykket på dette punkt, hvilket stiger med stigende tryk, hvilket fører til forvrængning af bølgeformen.

Lydens hastighed i gasser og væsker. I gasser og væsker forplanter lyd sig i form af volumetriske kompressionsudladningsbølger. Hvis udbredelsesprocessen sker adiabatisk (hvilket som regel er tilfældet), dvs. at temperaturændringen i lydbølgen ikke når at udjævne sig selv efter 1 / 2 , periode varmen fra de opvarmede (komprimerede) områder ikke når at flytte til de kolde (sjældne) områder, så S. z. lig med , Hvor R er trykket i stoffet, er dets massefylde og indekset s viser, at den afledede tages ved konstant entropi. Denne S. z. ringede adiabatisk. Udtryk for S. z. kan også skrives i en af ​​følgende former:

Hvor TIL helvede - adiabatisk. modul for all-round kompression af stof, - adiabatisk. kompressibilitet, - isotermisk kompressibilitet, = - forholdet mellem varmekapaciteter ved konstant tryk og volumen.

I afgrænsede faste stoffer er der udover langsgående og tværgående bølger andre typer bølger. Således udbreder de sig langs den frie overflade af et fast legeme eller langs dets grænse med et andet medium akustiske overfladebølger, hvis hastighed mindre fart kropsbølger, der er karakteristiske for et givet materiale. Til plader, stænger og andre solide akustiske materialer. bølgeledere er karakteristiske normale bølger Hvis hastigheden bestemmes ikke kun af stoffets egenskaber, men også af kroppens geometri. Så for eksempel S. z. for en langsgående bølge i en stang med en st, hvis tværgående dimensioner er meget mindre end lydens bølgelængde, forskellig fra S. z. i et ubegrænset miljø med l(Tabel 3):

Metoder til måling af S.z. kan opdeles i resonans, interferometrisk, pulseret og optisk (se. Diffraktion af lys ved ultralyd).Naib. Målenøjagtighed opnås ved hjælp af pulsfasemetoder. Optisk metoder gør det muligt at måle S. z. ved hypersoniske frekvenser (op til 10 11 -10 12 Hz). Nøjagtighed abs. mål S. z. på det bedste udstyr ca. 10 -3 %, mens nøjagtigheden er relativ. målinger i størrelsesordenen 10 -5 % (for eksempel når man studerer afhængigheden Med på temperatur eller magnetisk felter eller koncentrationen af ​​urenheder eller defekter).

Mål af S. z. bruges til at definere flertal. egenskaber af stof, såsom forholdet mellem varmekapaciteter for gasser, komprimerbarhed af gasser og væsker, elasticitetsmoduler af faste stoffer, Debye-temperatur osv. (se. Molekylær akustik). Bestemmelse af små ændringer i S. z. er følsom. metode til at fiksere urenheder i gasser og væsker. I faste stoffer er målingen af ​​S. z. og dens afhængighed af forskellige faktorer (temperatur, magnetfelter osv.) giver dig mulighed for at studere stofstrukturen: båndstrukturen af ​​halvledere, strukturen af ​​Fermi-overfladen i metaller osv.

Lit.: Landau L. D., L i f sh i c E. M., Theory of Elasticity, 4. udgave, M., 1987; dem, Hydrodynamics, 4. udgave, M., 1988; Bergman L., og dens anvendelse i videnskab og teknologi, trans. fra tysk, 2. udg., M., 1957; Mikhailov I. G., Solovyov V. A., Syrnikov Yu P., Fundamentals of molecular akustik, M., 1964; Tabeller til beregning af lydens hastighed i havvand L., 1965; Fysisk akustik, red. W. Mason, oversættelse. fra engelsk, bind 1, del A, M., 1966, kap. 4; t. 4, del B, M., 1970, kap. 7; Kolesnikov A.E., Ultrasonic measurements, 2. udgave, M., 1982; T r u e l l R., E l b a u m Ch., Ch i k B., Ultrasonic methods in solid state physics, trans. fra English, M., 1972; Akustiske krystaller, red. M. P. Shaskolskoy, M., 1982; Krasilnikov V.A., Krylov V.V., Introduktion til fysisk akustik, M., 1984. A. L. Polyakova.

Lydens hastighed

De vigtigste egenskaber ved lydbølger inkluderer lydens hastighed, dens intensitet - disse er de objektive egenskaber ved lydbølger, tonehøjde, lydstyrke er klassificeret som subjektive egenskaber. Subjektive karakteristika afhænger i høj grad af en bestemt persons opfattelse af lyd og ikke af fysiske egenskaber sund.

Måling af lydens hastighed i faste stoffer, væsker og gasser indikerer, at hastigheden ikke afhænger af vibrationsfrekvensen eller lydbølgelængden, dvs. lydbølger er ikke karakteriseret ved spredning. Langsgående og tværgående bølger kan forplante sig i faste stoffer, hvis udbredelseshastighed findes ved hjælp af formlerne:

hvor E er Youngs modul, G er forskydningsmodul i faste stoffer. I faste stoffer er udbredelseshastigheden af ​​langsgående bølger næsten dobbelt så stor som udbredelseshastigheden af ​​tværgående bølger.

I væsker og gasser kan de kun spredes langsgående bølger. Lydens hastighed i vand findes ved hjælp af formlen:

K er stoffets bulkmodul.

I væsker, når temperaturen stiger, stiger lydens hastighed, hvilket er forbundet med et fald i væskens volumetriske kompressionsforhold.

For gasser er der udledt en formel, der relaterer deres tryk til densitet:

I. Newton var den første, der brugte denne formel til at finde lydens hastighed i gasser. Ud fra formlen er det klart, at hastigheden af ​​lydudbredelsen i gasser ikke afhænger af temperaturen, den afhænger heller ikke af trykket, da når trykket stiger, stiger gassens densitet også. Formlen kan også gives en mere rationel form: baseret på Mendeleev-Clapeyron-ligningen:

Så vil lydens hastighed være lig med:

Formlen kaldes Newtons formel. Lydens hastighed i luft beregnet med dens hjælp er 280 m/s ved 273K. Den faktiske forsøgshastighed er 330 m/s.

Dette resultat adskiller sig væsentligt fra det teoretiske, og årsagen til dette blev fastslået af Laplace.

Han viste, at lyd forplanter sig adiabatisk i luften. Lydbølger i gasser forplanter sig så hurtigt, at de skabte lokale ændringer i volumen og tryk i det gasformige medium sker uden varmeudveksling med miljø. Laplace udledte en ligning for at finde lydens hastighed i gasser:

Udbredelse af lydbølger

Når lydbølger forplanter sig gennem mediet, dæmpes de. Amplituden af ​​vibrationer af partikler af mediet falder gradvist med stigende afstand fra lydkilden.

En af hovedårsagerne til dæmpningen af ​​bølger er virkningen af ​​interne friktionskræfter på mediets partikler. For at overvinde disse kræfter bruges konstant den mekaniske energi af oscillerende bevægelse, som overføres af bølgen. Denne energi bliver til energien af ​​kaotisk termisk bevægelse af molekyler og atomer i miljøet. Da bølgeenergien er proportional med kvadratet af oscillationsamplituden, da bølgerne udbreder sig fra lydkilden, sammen med et fald i energireserven for den oscillerende bevægelse, falder oscillationsamplituden også.

Udbredelsen af ​​lyde i atmosfæren påvirkes af mange faktorer: temperatur ved forskellige højder, luftstrømme. Ekko er lyd, der reflekteres fra en overflade. Lydbølger kan reflekteres fra faste overflader, fra luftlag, hvor temperaturen er forskellig fra temperaturen i nabolagene.

Lydens hastighed- hastigheden af ​​udbredelse af elastiske bølger i et medium: både langsgående (i gasser, væsker eller faste stoffer) og tværgående, forskydning (i faste stoffer). Det bestemmes af mediets elasticitet og tæthed: som regel er lydens hastighed i gasser mindre end i væsker, og i væsker er den mindre end i faste stoffer. Også i gasser afhænger lydens hastighed af temperaturen af ​​et givet stof, i enkeltkrystaller - af bølgeudbredelsesretningen. Afhænger normalt ikke af frekvensen af ​​bølgen og dens amplitude; i tilfælde, hvor lydens hastighed afhænger af frekvens, taler vi om lydspredning.

Encyklopædisk YouTube

• 1 / 5

  Allerede hos gamle forfattere er der en indikation af, at lyd er forårsaget af oscillerende bevægelse legemer (Ptolemæus, Euklid). Aristoteles bemærker, at lydens hastighed har en endelig værdi, og forestiller sig lydens natur korrekt. Forsøg på eksperimentelt at bestemme lydens hastighed går tilbage til første halvdel af det 17. århundrede. F. Bacon i New Organon påpegede muligheden for at bestemme lydens hastighed ved at sammenligne tidsintervallerne mellem et lysglimt og lyden af ​​et skud. Ved hjælp af denne metode bestemte forskellige forskere (M. Mersenne, P. Gassendi, W. Derham, en gruppe videnskabsmænd fra Paris Academy of Sciences - D. Cassini, J. Picard, Huygens, Roemer) værdien af ​​lydens hastighed (afhængig af de eksperimentelle forhold, 350- 390 m/s). Teoretisk set blev spørgsmålet om lydens hastighed først overvejet af I. Newton i hans "Principles". Newton antog faktisk, at lydudbredelse er isotermisk, og fik derfor en undervurdering. Den korrekte teoretiske værdi for lydens hastighed blev opnået af Laplace.

  Beregning af hastighed i væske og gas

  Lydens hastighed i en homogen væske (eller gas) beregnes ved formlen:

  c = 1 β ρ (\displaystyle c=(\sqrt (\frac (1)(\beta \rho ))))

  I partielle afledte:

  c = − v 2 (∂ p ∂ v) s = − v 2 C p C v (∂ p ∂ v) T (\displaystyle c=(\sqrt (-v^(2)\venstre((\frac (\ delvis p)(\delvis v))\højre)_(s)))=(\sqrt (-v^(2)(\frac (C_(p))(C_(v)))\venstre((\ frac (\partial p)(\partial v))\right)_(T))))

  Hvor β (\displaystyle \beta )- adiabatisk komprimerbarhed af mediet; ρ (\displaystyle \rho )- tæthed; C p (\displaystyle C_(p))- isobarisk varmekapacitet; C v (\displaystyle C_(v))- isokorisk varmekapacitet; p (\displaystyle p), v (\displaystyle v), T (\displaystyle T)- mediets tryk, specifik volumen og temperatur; s (\displaystyle s)- mediets entropi.

  Til løsninger og andre komplekse fysisk-kemiske systemer (f.eks. naturgas, olie) kan disse udtryk give en meget stor fejl.

  Faste stoffer

  I nærvær af grænseflader kan elastisk energi overføres via overfladebølger forskellige typer, hvis hastighed adskiller sig fra hastigheden af ​​langsgående og tværgående bølger. Energien af ​​disse svingninger kan være mange gange større end energien fra kropsbølger.

  Artiklen undersøger karakteristika for lydfænomener i atmosfæren: lydens udbredelseshastighed i luften, vind og tåges indflydelse på lydens udbredelse.
  Langsgående vibrationer af stofpartikler, der forplanter sig gennem det materielle medium (luft, vand og faste stoffer) og når det menneskelige øre, forårsager fornemmelser kaldet lyd.
  I atmosfærisk luft Der er altid lydbølger med forskellige frekvenser og styrker. Nogle af disse bølger er skabt kunstigt af mennesker, og nogle af lydene er af meteorologisk oprindelse.
  Til lydene meteorologisk oprindelse omfatte torden, vindens hylen, brummen fra ledninger, støj og raslen fra træer, havets "stemme", lyde, når man falder på jordens overflade fast og flydende nedbør, lyde af brænding ud for kysten af ​​have og søer og andre.
  Hastigheden af ​​lydudbredelsen i atmosfæren påvirkes af luftens temperatur og fugtighed samt vind (retning og dens styrke). I gennemsnit er lydens hastighed i atmosfæren 333 m/s. Når lufttemperaturen stiger, stiger lydens hastighed lidt. Ændringer i den absolutte luftfugtighed har mindre effekt på lydens hastighed.
  Lydens hastighed i luft bestemmes af Laplaces formel:

  (1),
  hvor p er tryk; ? - lufttæthed; c? - luftens varmekapacitet ved konstant tryk; cp er luftens varmekapacitet ved konstant volumen.
  Ved hjælp af gastilstandsligningen er det muligt at opnå en række afhængigheder af lydens hastighed på meteorologiske parametre.
  Lydens hastighed i tør luft bestemmes af formlen:
  c0 = 20,1 ?T m/s, (2)
  og ind fugtig luft:
  с0 = 20,1 ?ТВ m/s, (3)
  hvor TV = såkaldt akustisk virtuel temperatur, som er bestemt af formlen TV = T (1+ 0,275 e/p).
  Når lufttemperaturen ændres med 1°, ændres lydens hastighed med 0,61 m/s. Lydens hastighed afhænger af værdien af ​​forholdet e/p (forholdet mellem luftfugtighed og tryk), men denne afhængighed er lille, og når f.eks. vanddampens elasticitet er mindre end 7 mm, giver det en fejl i lydens hastighed, der ikke overstiger 0,5 m/sek.
  På normalt tryk og T = 0 °C, lydens hastighed i tør luft er 333 m/sek. I fugtig luft kan lydens hastighed bestemmes af formlen:
  c = 333 + 0,6t + 0,07e (4)
  I temperaturområdet (t) fra -20° til +30° giver denne formel en fejl i lydhastigheden på ikke mere end ± 0,5 m/sek. Ud fra ovenstående formler er det klart, at lydens hastighed stiger med stigende temperatur og luftfugtighed.
  Vinden har en stærk indflydelse: lydens hastighed i vindens retning stiger, mod vinden aftager den. Tilstedeværelsen af ​​vind i atmosfæren får lydbølgen til at drive, hvilket giver indtryk af, at lydkilden har forskudt sig. Lydens hastighed i dette tilfælde (c1) bestemmes af udtrykket:
  c1 = c + U cos ?, (1)
  hvor U er vindhastigheden; ? — vinklen mellem vindretningen ved observationspunktet og den observerede retning for lydens ankomst.
  At kende lydens hastighed i atmosfæren har stor værdi når man løser en række problemer i studiet øverste lag atmosfære ved hjælp af den akustiske metode. At udnytte gennemsnitshastighed lyd i atmosfæren, kan du finde ud af afstanden fra din placering til det sted, hvor torden opstår. For at gøre dette skal du bestemme antallet af sekunder mellem det synlige lyn og det øjeblik, lyden af ​​torden ankommer. Så skal du gange den gennemsnitlige lydhastighed i atmosfæren - 333 m/sek. i det resulterende antal sekunder.

  I dag, når de opretter en lejlighed, er mange nye beboere tvunget til at bruge ekstra arbejde, herunder lydisolering af dit hjem, fordi De anvendte standardmaterialer gør det muligt kun delvist at skjule, hvad der foregår i dit eget hjem, og ikke at være interesseret i dine naboers kommunikation mod din vilje.

  I faste stoffer påvirkes det i det mindste af tætheden og elasticiteten af ​​det stof, der modstår bølgen. Derfor, ved indretning af lokaler, er laget, der støder op til den bærende væg, lavet lydtæt med "overlapninger" i top og bund. Det giver dig mulighed for at reducere decibel nogle gange med mere end 10 gange. Derefter lægges basaltmåtter, og ovenpå lægges gipsplader, som reflekterer lyden udad fra lejligheden. Når en lydbølge "flyver op" til en sådan struktur, dæmpes den i isolatorlagene, som er porøse og bløde. Hvis lyden har stor styrke, så kan materialerne, der absorberer det, endda varme op.

  Elastiske stoffer, såsom vand, træ, metaller, transmitterer godt, så vi hører smuk "sang" musikinstrumenter. Og nogle folkeslag bestemte tidligere tilgangen af ​​for eksempel ryttere ved at lægge øret til jorden, som også er ret elastisk.

  

  Lydens hastighed i km afhænger af egenskaberne af det medie, hvori den forplanter sig. Især kan processen blive påvirket af dens pres, kemisk sammensætning, temperatur, elasticitet, tæthed og andre parametre. For eksempel i en stålplade bevæger en lydbølge sig med en hastighed på 5100 meter i sekundet, i glas - omkring 5000 m/s, i træ og granit - omkring 4000 m/s. For at omregne hastigheden til kilometer i timen skal du gange tallene med 3600 (sekunder i timen) og dividere med 1000 (meter per kilometer).

  Lydens hastighed i km ind vandmiljø forskellig for stoffer med forskellig saltholdighed. For ferskvand ved en temperatur på 10 grader Celsius er det omkring 1450 m/s, og ved en temperatur på 20 grader Celsius og samme tryk er det allerede omkring 1490 m/s.

  Et salt miljø er karakteriseret ved en åbenlyst højere hastighed af lydvibrationer.

  Udbredelsen af ​​lyd i luft afhænger også af temperaturen. Med en værdi på 20 for denne parameter bevæger lydbølger sig med en hastighed på omkring 340 m/s, hvilket er omkring 1200 km/t. Og ved nul grader sænkes hastigheden til 332 m/s. Når vi vender tilbage til vores lejlighedsisolatorer, kan vi lære, at i et materiale som kork, som ofte bruges til at reducere eksternt støjniveau, er lydens hastighed i km kun 1800 km/t (500 meter i sekundet). Dette er ti gange lavere end denne egenskab i ståldele.

  

  En lydbølge er en langsgående vibration af mediet, hvori den forplanter sig. Når f.eks. melodien i et musikstykke passerer gennem en forhindring, falder lydstyrken pga. ændringer Samtidig forbliver frekvensen den samme, takket være at vi hører en kvindes stemme som en kvindes, og en mands som en mands. Det mest interessante sted er, hvor lydens hastighed i km er tæt på nul. Dette er et vakuum, hvor bølger af denne type næsten ikke forplanter sig. For at demonstrere, hvordan dette fungerer, placerer fysikere et ringende vækkeur under en hætte, hvorfra luften pumpes ud. Jo tyndere luften er, jo mere stille bliver klokken hørt.