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声速,又称“音速”(每秒340米,每小时1224千米),顾名思义即是声音的速度,定义为单位时间内振动波传递的距离。声速(波传递的速度)与传递介质的材质状况(密度、温度、压力…)有绝对关系,而与发声者(波源)本身的速度无关,而发声者(波源)与听者(观察者)间若有相对运动关系,就形成了多普勒效应;由此观点,我们可以知道,超声速时的诸多物理现象(震波、音爆[1]、音障...),其实与声音无关,而是压缩波密集累积所产生的物理现象。
特性
声音的传播速度在固体最快[2],其次液体,而气体的声速最慢。通常声速是指在空气中的声速,为343.2米/秒(1,236千米/小时)。声速又会依空气之状态(如湿度、温度、密度)不同而有不同数值。如摄氏零度之海平面声速约为331.5米/秒(1193千米/小时);一万米高空之声速约为295米/秒(1062千米/小时);另外每升高1摄氏度,声速就增加0.607米/秒。
在固体中有两种可能的声波,其中一种是与流体相同的纵波,另一种是流体没有的横波,两种不同的声波可以有不同的传播速度(例如地震波)。纵波形式的声速取决于介质的压缩率和密度,而固体中横波形式的声速取决于介质的刚度和密度。
在超流体中也存在两种不同的“声波”,第一种声波是与平常流体相同的密度波,另一种是超流体特有的第二声波。
声速差异的原因
我们知道,声音来源于物体的振动,振动通过周围的物质连锁传递出去,从而实现了声音的扩散。物质传递声音的情形,可以用连接在弹簧上的重物的模型来表示,重物就表示传递声音的物质的原子或分子,而弹簧则表示构成物质的原子或分子之间的结合强度。由于重物越轻振动的越快,所以振动可以很好地传递到周围,也就是说,物质的原子或分子越轻,声速就越快。氦气比构成空气的主要成分——氧气和氮气都要轻,所以与干燥的空气相比,氦气传播声音的速度更快。另外,弹簧越硬的话振动也就越快,按照气体、液体、固体的顺序,声速之所以越来越快,就是因为组成物质的原子或分子之间结合越强。
视频
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参考文献
- ↑ 音爆是什么?声音也会爆炸吗?,好看视频,2020-2-17
- ↑ 既然声音在固体中传播最快,那为什么我们关门能阻挡噪音?,搜狐,2019-03-14