ГлавнаяИстория физикиЗнаменательные событияКрупные ученные - ФизикиКонтакты

Прежде чем дать определение понятие «звук», сперва надо разобраться с понятием «волна». Волна в каком-то смысле движение нечто, распространяющееся в пространстве. Волна – это процесс перемещения в пространстве изменения состояния.

Звуком принято называть волны, воспринимаемые человеческим ухом. Диапазон звуковых частот лежит в пределах приблизительно от 20 Гц до 20 кГц. Волны с частотой менее 20 Гц называются инфразвуком, а с частотой более 20 кГц – ультразвуком. Волны звукового диапазона могут распространяться не только в газе, но и в жидкости и в твердом теле. Звуковая волна – это передающиеся в пространстве механические колебания молекул вещества. Давайте представим себе, каким образом происходит распространение звуковых волн в пространстве. В результате каких-то возмущений, вызывающих движение и колебания воздуха в определенной точке пространства, возникает перепад давления в этом месте, так как воздух в процессе движения сжимается, в результате чего возникает избыточное давление, толкающее окружающие слои воздуха. Эти слои сжимаются, что в свою очередь снова создает избыточное давление, влияющее на соседние слои воздуха. Так, как бы по цепочке, происходит передача первоначального возмущения в пространстве из одной точки в другую. Такой процесс описывает механизм распространения в пространстве звуковой волны.



Реклама:







Звук

Скорость звука в газах и парах. Скорость звука в жидкостях. Скорость звука металлах и сплавах. Скорость звука в воздухе при различной температуре. Скорость звука в воздухе на различной высоте над Землей. Диапазоны слышимых звуков.

Скорость звука в газах и парах


Газ
Температура оС
Скорость звука м/с
Газ
Температура оС
Скорость звука м/с
Азот 0 334 Пары воды 0 401
Азот 300 487 Пары воды 100 405
Водород 0 1284 Пары спирта 0 230
Гелий 0 965 Пары эфира 0 179
Кислород 0 316 Хлор 0 206
Оксид углерода (IV) 0 260      
Оксид углерода (IV) 0 300      

Скорость звука в жидкостях

Жидкость
t, oC
c, м/с
Жидкость
t, oC
c, м/с
Азот жидкий -199 962 Керосин 20 2330
Бензин 17 1170 Кислород жидкий -182,9 912
Вода 0 1403 Олово расплавленный 232 2270
20 1483 Раствор поваренной соли (20%) 15 1650
30 1510 Ртуть 20 1450
74* 1555 Свинец расплавленный 330 1790
100 1543 Спирт 20 1180
морская 20 1490 Эфир 25  
тяжелая 20 1400      
Водород жидкий -256 1187      
Гелий жидкий -269 180      
Глицерин 20 1923      

Примечание. Скорость звука для большинства жидкостей (кроме воды) уменьшается с повышением температуры.
При температуре 74 оС скорость звука в воде наибольшая.


Скорость звука в металлах и сплавах (при t=20 oC)

Металлы и сплавы
c, м/с
Металлы и сплавы
c, м/с
Алюминий 6260 Платина 3960
Дуралюминий 6400 Свинец 2160
Железо 5850 Серебро 3600
Золото 3200 Сталь 5000-6100
Латунь 4280-4700 Цинк 4170
Медь 4700 Чугун ≈3850
Олово 3320    

Скорость звука в воздухе при различной температуре

t, oC
Скорость звука
t, oC
Скорость звука
м/с
км/ч
м/с
км/ч
-150 216,7 780,1 30 348,9 1256,2
-100 263,7 949,2 50 360,3 1296,9
-50 299,3 1077,6 100 387,1 1393,7
-20 318,8 1147,8 200 436,0 1569,5
-10 325,1 1170,3 300 479,8 1727,4
0 331,5 1193,4 400 520,0 1872,1
10 337,3 1214,1 500 557,3 2006,4
20 343,1 1235,2 1000 715,2 2574,8

Примечание. Скорость звука в воздухе (как и в других газах) увеличивается с повышением температуры. При повышении температуры на 1 oС скорость звука в нем увеличивпается на 0,59 м/с.

График зависимости звука в воздухе от температуры

Скорость звука в воздухе на различной высоте над Землей

h, м
с, м/с
h, м
с, м/с
h, м
с, м/с
0 340,29 500 338,38 500 320,54
50 340,10 600 337,98 10 000 299,53
100 339,91 700 337,60 20 000 295,07
200 339,53 800 337,21 50 000 329,80
300 339,14 900 336,82 80 000 282,54
400 338,76 1000 336,43    

Примечание. Предполагается, что на поверхности Земли температура 15 oC давление 101 325 Па (760 мм рт. ст.).

Зависимость скорости звука от высоты над поверхностью Земли

Скорость звука в различных твердых веществах (при t=20 oC)

Вещество
c, м/с
Вещество
c, м/с
Алмаз 18 350 Сосна 5030
Бетон 4250-5250 Стеарин 1380
Графит 1470 Стекло оптическое:
Дуб 4115                         флинт 4450
Каменная соль 4400                          крон 5220
Кирпич 3600 Стекло органическое 2550
Лед (при t= - 4 oC) 3980 Шифер 4510
Пробка 430-530 Эбонит 2400

Длина звуковых и ультразвуковых волн в различных средах в зависимости от частоты колебаний

Частота колебаний ν
Длина волн λ, см
Гц
кГц
в воздухе
в воде
в стали
20
1700
7250
25 000
50
680
2900
10 000
100
340
1450
5 000
200
170
725
2 500
1
34
145
500
5
6,8
29
100
10
3,4
14,5
50
20
1,7
7,3
25
50
0,7
2,9
10
100
0,34
1,5
5
300
-
0,5
1,7
500
-
0,3
1
1000
-
0,15
0,5

Примечание. Если встречающиеся на пути распространения звука размеры препятствий сравнимы с длиной волны или больше ее, то звук (волна) отражается от препятствий (препятствия меньшего размера огибаются волной). Это явление использовано в ултразвуковой дефектоскопии металлов. Из таблицы видно, что с уменьшением длины волны уменьшаются размеры пороков в металле (раковин, иногородных вкраплений), которые могут быть обнаруженыпучком ультразвука. Например, ультразвук частотой 20 кГц позволяет обнаружить в массиве металла (стали) пороки размером не менее 12.5 см (половинадлины волны); при частоте 200 кГц пороки размером 1-1,3 см, а при частоте 1 МГц - пороки, размеры которых порядка миллиметров.