声速

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声速是声波在弹性介质中传播时每单位时间传播的距离。在20°C(68°F)时,空气中的声速约为每秒343米(1,125英尺/秒;1,235公里/小时;767英里/小时;667节),或一公里2.91秒或一英里4.69秒它在很大程度上取决于温度以及声波传播的介质。在0°C(32°F)时,空气中的声速约为331米/秒(1,086英尺/秒;1,192公里/小时;740英里/小时;643节)。 理想气体中的声...
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声速

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声速声波在弹性介质中传播时每单位时间传播的距离。 在 20 °C(68 °F)时,空气中的声速约为每秒 343 米(1,125 英尺/秒;1,235 公里/小时;767 英里/小时;667 节),或一公里 2.91 秒或一英里 4.69 秒 它在很大程度上取决于温度以及声波传播的介质。 在 0°C(32°F)时,空气中的声速约为 331 米/秒(1,086 英尺/秒;1,192 公里/小时;740 英里/小时;643 节)。

理想气体中的声速仅取决于其温度和成分。 速度对普通空气中的频率和压力的依赖性较弱,略微偏离理想行为。

在口语中,音速是指声波在空气中传播的速度。 然而,声音的速度因物质而异:通常,声音在气体中传播最慢,在液体中传播得更快,在固体中传播得最快。 例如,虽然声音在空气中的传播速度为 343 m/s,但它在水中的传播速度为 1,481 m/s(快了将近 4.3 倍),在铁中的传播速度为 5,120 m/s(快了近 15 倍)。 在钻石等异常坚硬的材料中,声音以每秒 12,000 米(39,000 英尺/秒)的速度传播,大约是其在空气中速度的 35 倍,并且大约是正常条件下传播速度的最快速度。

固体中的声波由压缩波和另一种称为剪切波的声波组成,这种声波只发生在固体中。 固体中的剪切波通常以不同于压缩波的速度传播,如地震学中所展示的那样。 固体中压缩波的速度由介质的压缩率剪切模量和密度决定。 剪切波的速度仅由固体材料的剪切模量和密度决定。

流体动力学中,流体介质中的声速被用作物体在介质中移动速度的相对量度。 物体的速度与声速(在同一介质中)的比值称为物体的马赫数。 以大于音速 (Mach1) 的速度运动的物体被称为以超音速运动。

基本概念

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声音的传输可以通过使用由弹簧互连的球形物体阵列组成的模型来说明。

在实际材料方面,球体代表材料的分子,弹簧代表它们之间的键。 声音通过压缩和膨胀弹簧穿过系统,将声能传输到邻近的球体。 这有助于将能量依次传输到邻近球体的弹簧(键)等。

声速

声音通过模型的速度取决于弹簧的刚度/刚度和球体的质量。 只要球体的间距保持不变,较硬的弹簧/键传递能量的速度就会更快,而较大的球体传递能量的速度就会变慢。

在真实材料中,弹簧的刚度称为弹性模量,质量对应于材料密度。 在所有其他条件相同的情况下,声音在海绵状材料中传播得更慢,而在较硬的材料中传播得更快。 使用此模型也可以理解色散和反射等效应。

例如,声音在镍中的传播速度比在青铜中快 1.59 倍,这是因为在大致相同的密度下,镍的刚度更高。

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