Garso greitis įvairiose medžiagose. Garsas skirtingose ​​aplinkose – Žinių hipermarketas

GARSO GREITIS

GARSO GREITIS

Judėjimas elastingoje terpėje, su sąlyga, kad jos profilio forma išlieka nepakitusi. Harmoninės bangos greitis vadinamas. taip pat garso fazinis greitis. Paprastai S. z yra pastovi tam tikros salos reikšmė tam tikromis išorinėmis sąlygomis. sąlygos ir nepriklauso nuo bangos dažnio bei jos amplitudės. Tais atvejais, kai skirtingais dažniais jis skiriasi, kalbame apie garso sklaidą.

Dujoms ir skysčiams, kur jis paprastai sklinda adiabatiškai (ty temperatūros pokytis, susijęs su garso bangos suspaudimu ir retėjimu, nespėja išlyginti per laikotarpį), S. z. išreiškiamas taip:

с=?(Kad/r)=?(1/badr).

с=?(gp0/r)=?(gRT/m). (f-la Laplasas),

čia g=Cp/Cv – šiluminių pajėgumų esant pastoviam slėgiui ir tūriui santykis, p0 – vidutinis terpėje, R – universalus. , m - mol. dujų S. z. dujose mažiau nei skysčiuose, o skysčiuose, kaip taisyklė, mažiau nei kietose medžiagose. kūnų, todėl suskystinus dujas S. z. didėja. Žemiau pateikiamos S. z. vertės. (m/s) tam tikroms dujoms ir skysčiams, o tais atvejais, kai yra garso bangos sklaida, jos reikšmės pateikiamos žemiems dažniams, kai garso bangos periodas yra didesnis už atsipalaidavimą.

GARSO GREITIS DUJOSE 0°C IR SLĖGIS 1 ATM

Azotas ...................... 334

Deguonis........ 316

Oras............ … 331

Helis ......... 965

Vandenilis......... 1284

Metanas ............... ... 430

Amoniakas.............. 415

S. z. dujose jis didėja didėjant temperatūrai ir slėgiui (kambario temperatūroje santykinis saulės vertės pokytis ore yra maždaug 0,17 %, kai temperatūra keičiasi 1°C). Skysčiuose saulės vertė, kaip taisyklė, mažėja keliais laipsniais kylant temperatūrai. m/s 1°C;

GARSO GREITIS SKYSČIUOSE PRIE 20°C

Vanduo........................ 1490 m

Benzenas ...................................... 1324 m

Etilo alkoholis.................. 1180

Gyvsidabris.................................................. 1453 m

Glicerinas…………………… 1923 m

Šios taisyklės išimtis yra vandens, pjūvyje S. z. didėja didėjant temperatūrai ir pasiekia maksimumą esant 74°C temperatūrai, o mažėja toliau kylant temperatūrai. Didėjant slėgiui S. z. vandenyje padidėja maždaug 0,01 % 1 atm. Jūros vandenyje N. z. didėja didėjant temperatūrai, druskingumui ir gyliui, o tai lemia garso eigą. spinduliai jūroje, ypač povandeninio garso kanalo buvimas.

S. z. dujų ar skysčių mišiniuose priklauso nuo mišinio komponentų koncentracijos.

S. z. izotropiniuose televizoriuose. kūnus lemia kūno tamprumo modulis ir jo tankis. Neribotame televizoriuje. aplinkoje sklinda išilginės ir šlyties (skersinės) bangos, o fazė S. z. išilginei bangai yra lygi:

ir dėl šlyties:

kur E yra Youngo modulis, G yra šlyties modulis, v yra koeficientas. Puasonas, K – tūrinis suspaudimo modulis. Išilginių bangų sklidimo greitis visada didesnis už šlyties bangų greitį (žr. lentelę). Televizijoje riboti kūnai dydžiai yra, pavyzdžiui, kitų tipų bangos. , kurio greitis mažesnis už cl ir ct. Plokštelėse, strypuose ir kitose kietose medžiagose. sklinda bangolaidžiai, kurių greitį lemia ne tik medžiagos savybės, bet ir geo. kūno parametrai. S. z. išilginei bangai ploname strypelyje lygi сl st = ?(E/r). Monokristaluose. televizorius kūnai S. z. priklauso nuo bangos sklidimo krypties kristalografinės atžvilgiu. kirvius. Daugelyje S. z kaimų. priklauso nuo pašalinių priemaišų buvimo. Metaluose ir lydiniuose S. z. labai priklauso nuo jų apdorojimo (valcavimo, kalimo, atkaitinimo ir kt.). Pjezoelektrikoje ir feroelektrikoje S. z. yra nulemtas ne tik tamprumo modulių, bet ir pjezoelektrinių modulių, taip pat gali priklausyti nuo elektrinio įtempimo. laukus.

GARSO GREITIS KAI KURIE KIETOS MEDŽIAGOS

Feromagnetuose S. z. priklauso nuo magnetinės įtampos. laukus.

S. z išmatavimas. naudojamas nustatant daugelį pasaulio savybių, tokių kaip dujų ir skysčių, kietųjų medžiagų suspaudžiamumas, Debye temperatūra ir kt. Mažų saulės energijos pokyčių matavimas. yavl. jaučia. priemaišų buvimo dujose ir skysčiuose nustatymo metodas. Televizijoje matavimo kūnai S. z. ir jo priklausomybė nuo įvairių veiksnių leidžia ištirti puslaidininkių juostų struktūrą, Fermio paviršių struktūrą metaluose ir kt. Nemažai valdymo ir matavimų. ultragarso taikymas pagrindinėje inžinerijoje. dėl S. z išmatavimų.

Fizinis enciklopedinis žodynas. - M.: Tarybinė enciklopedija. Vyriausiasis redaktorius A. M. Prokhorovas. 1983 .

GARSO GREITIS

Tampriosios bangos sklidimo terpėje greitis. s ašies kryptimi X, garso slėgis r gali būti pavaizduotas formoje p = p(x - - ct), Kur t- laiko. Dėl plokštumos harmonijos bangos terpėje be dispersijos ir SZ. išreikštas dažniu w ir k Floy c= w/k. Su greičiu Su sklinda harmoningai bangos, vadinamas taip pat fazė S. z. Terpėse, kuriose sklidimo metu keičiasi savavališkos bangos forma, harmoninė. bangos vis dėlto išlaiko savo formą, tačiau fazių greitis skirtingiems dažniams pasirodo skirtingas, garso sklaida. Tokiais atvejais taip pat vartojama sąvoka grupės greitis. Esant didelėms elastinės bangos amplitudėms, atsiranda netiesiniai efektai (žr. Netiesinė akustika), dėl kurių pasikeičia bet kokios bangos, įskaitant harmonines: kiekvieno bangos profilio taško sklidimo greitis priklauso nuo slėgio šiame taške, didėja didėjant slėgiui, o tai lemia bangos formos iškraipymą.

Garso greitis dujose ir skysčiuose. Dujose ir skysčiuose garsas sklinda tūrinių suspaudimo-iškrovimo bangų pavidalu. Jeigu dauginimosi procesas vyksta adiabatiškai (kas, kaip taisyklė, ir būna), t.y. e. garso bangos temperatūros pokytis nespėja išsilyginti net ir po to 1 / 2 , laikotarpį, šiluma iš šildomų (suspaustų) plotų nespėja persikelti į šaltas (retinas) zonas, tada S. z. lygus , Kur R - slėgis medžiagoje yra jos tankis ir indeksas s rodo, kad išvestinė imama esant pastoviai entropijai. Šis S. z. paskambino adiabatinis. Išraiška S.

Kur KAM pragaras – adiabatinis. visapusiško materijos suspaudimo modulis, – adiabatinis. suspaudžiamumas, - izoterminis suspaudžiamumas = - šiluminių talpų esant pastoviam slėgiui ir tūriui santykis.

Idealiose dujose, kur R = = 8,31 J/mol*K yra universali dujų konstanta, T - abs. - dujų molekulinė masė. Tai yra vadinamasis l a p l a s o v a S. z. Dujose jis pagal dydį sutampa su vidutiniu molekulių šiluminiu judėjimo greičiu. Reikšmė vadinama naujuoju S. z., ji nustato S. z. esant izoterminiam sklidimo procesas, kuris gali vykti labai žemais dažniais. Daugeliu atvejų S. z. atitinka Laplaso reikšmę.

S. z. dujose mažiau nei skysčiuose, o skysčiuose, kaip taisyklė, mažiau, Idealiose dujose tam tikroje temperatūroje S. z. nepriklauso nuo slėgio ir didėja didėjant temperatūrai kaip . S. z. pakeitimas. lygus , kur ir yra nedideli greičio ir temperatūros priedai, palyginti su jų reikšmėmis Su Ir T. Kambario temperatūroje tai susiję. pakeitimas S. z. ore yra apytiksliai 0,17% 1 K. Skysčiuose saulės vertė, kaip taisyklė, mažėja didėjant temperatūrai ir jos pokytis yra, pavyzdžiui, acetonui -5,5 m/s*K, etilo alkoholiui -3,6 m/s * K. Šios taisyklės išimtis yra vanduo, pjūvyje. h. kambario temperatūroje jis didėja didėjant temperatūrai 2,5 m/s*K, Lentelė 1- Garso greitis kai kuriose dujose esant °C*

* Greičio vertės nurodytos normaliam slėgiui.

Lentelė 2- Garso greitis kai kuriuose skysčiuose esant 20 °C

Jūros vandenyje N. z. priklauso nuo temperatūros, druskingumo ir gylio. Šios priklausomybės yra sudėtingos. Norėdami apskaičiuoti S. z. jūroje naudojamos lentelės, apskaičiuotos pagal empirinius duomenis. Kadangi temperatūra, slėgis ir kartais druskingumas keičiasi didėjant gyliui, šiaurės vakarų vandenyne yra gylio funkcija c(z).Ši priklausomybė reikšmingai lemia garso sklidimo vandenyne pobūdį (žr. Hidroakustika). Visų pirma tai lemia egzistavimą povandeninis garso kanalas, ašies padėtis ir kitos charakteristikos priklauso nuo metų laiko, paros laiko ir nuo geografijos bei vietos.

Suskystintose dujose S. z. didėja esant tokiai pačiai temperatūrai: pavyzdžiui, dujinėse dujose esant -195 ° C temperatūrai jis yra lygus 176 m/s, skystame azote, esant tokiai pačiai temperatūrai, 859 m/s, dujiniame ir skystame heliuje -269 ° C temperatūroje. Su atitinkamai 102 m/s ir 198 m/s.

S. z. dujų ar skysčių mišiniuose priklauso nuo komponentų koncentracijos. , kuriame mišinys imamas kaip mišinys, nustatomas pagal komponentų molekulines mases, atsižvelgiant į jų koncentraciją. Skystuose mišiniuose S. z priklausomybė. nuo komponentų koncentracijos turi gana sudėtingą pobūdį, kuris yra susijęs su tarpmolekulinės sąveikos tipu. Taigi alkoholio-vandens ir rūgšties-vandens mišiniuose esant tam tikrai koncentracijai yra didžiausias S. matavimas S. z. gali būti naudojamas mišinių ir tirpalų komponentų koncentracijai nustatyti ir kontroliuoti.

Skystame helio S. z. didėja mažėjant temperatūrai. Fazės perėjimo į superskystį metu priklausomybės kreivėje C atsiranda kreivumas. h. nuo temperatūros.

Daugiaatominėse dujose ir beveik visuose skysčiuose yra dispersija C. z., o skysčiuose pasireiškia aukštais ultragarso ir hipergarso dažniais.

Gumose, polimeruose ir kaučuke S. z. priklauso nuo chemijos. makromolekulių sudėtis ir pakavimo tankis ir didėja didėjant dažniui; šio tipo medžiagose su mažesniu tankiu ir S. z. mažiau, pvz. silikoninėje gumoje C. Garso greitis kietose medžiagose. Neribotoje kietoje terpėje sklinda išilginės ir šlyties (skersinės) tampriosios bangos. Izotropiniame kietajame kūne išilginės bangos fazės greitis yra

šlyties bangai

Kur E - Youngo modulis, G-šlyties modulis, - koeficientas Poisson, KAM – tūrinis suspaudimo modulis. Išilginių bangų sklidimo greitis visada yra didesnis už šlyties bangų greitį, ir santykis dažniausiai tenkinamas. Vertybės su l Ir c t tam tikros izotropinės kietosios medžiagos pateiktos lentelėje. 3.

Lentelė 3 - Garso greitis kai kuriose izotropinėse kietosiose medžiagose

Monokristaluose S. z. priklauso nuo bangos sklidimo kristale krypties (žr Kristalinė akustika). Tomis kryptimis, kuriomis galimas grynai išilginių ir grynai skersinių bangų sklidimas, paprastai yra viena reikšmė su l ir dvi prasmes c t . Jei vertybės c t yra skirtingos, tada kartais vadinamos atitinkamos bangos. greitos ir lėtos skersinės bangos. Bendruoju atveju kiekvienai bangos sklidimo kristale krypčiai gali būti trys mišrios bangos su skirtingais sklidimo greičiais, kurias lemia atitinkami tamprumo modulių ir virpesių vektorių deriniai. Daugiskaita medžiagos S. z. priklauso nuo pašalinių priemaišų buvimo. Puslaidininkiuose ir dielektrikuose S. z. jautrus priemaišų koncentracijai; Taigi, kai puslaidininkis yra legiruotas priemaiša, kuri padidina srovės nešėjų skaičių, S. z. mažėja didėjant koncentracijai; kylant temperatūrai S. z. šiek tiek padidėja.

Metaluose ir lydiniuose S. z. labai priklauso nuo ankstesnio mechaninio ir terminio apdorojimo: valcavimo, kalimo, atkaitinimo ir tt Šis reiškinys iš dalies susijęs su dislokacijomis, kurių buvimas taip pat turi įtakos SZ.

Lentelė 4 - Garso greitis kai kuriuose pavieniuose kristaluose

Metaluose, kaip taisyklė, S. z. mažėja didėjant temperatūrai. Kai metalas pereina į superlaidžią būseną, priklausomybės pobūdis skiriasi: kiekis ds/dT perėjimo taške keičia ženklą. Stiprioje magnetinėje laukuose, tam tikri efektai atsiranda priklausomai nuo S. z. iš mag. laukai, atspindintys elektronų elgsenos ypatumus viename metalo kristale. Taigi garsui sklindant tam tikromis kryptimis kristale atsiranda SZ. kakf-tion mag. laukus. S. z priklausomybės matavimas. iš mag. laukai yra jautrūs. Pjezoelektrikoje Ir feroelektrikai elektromechaninių elementų buvimas Panašus reiškinys pastebimas ir magnetostrikcinės medžiagos, kai dėl magnetoelastinės jungties, be to, atsiranda pastebima SZ priklausomybė. nuo magnetinės įtampos laukas dėl m efekto, E nuo magnetinio lauko dydžio. laukus N. PakeitimaiC. h. su augimu N gali pasiekti kelis. procentų (kartais iki dešimčių procentų). Ta pati priklausomybė S. z. nuo elektros įtampos laukas stebimas feroelektrikoje. Kai veikia statinis mohanichas. Ribotose kietosiose medžiagose, be išilginių ir skersinių bangų, yra ir kitų tipų bangos. Taigi, išilgai laisvo kieto kūno paviršiaus arba išilgai jo ribos su kita terpe, jie plinta paviršinės akustinės bangos, kurio greitis yra mažesnis už tam tikrai medžiagai būdingą kūno bangų greitį. Plokštėms, strypams ir kitoms kietoms akustinėms medžiagoms. bangolaidžiai yra būdingi normalios bangos, kurio greitį lemia ne tik medžiagos savybės, bet ir kūno geometrija. Taigi, pavyzdžiui, S. z. išilginei bangai strype su artikuliacija, kurios skersiniai matmenys yra daug mažesni už garso bangos ilgį, skiriasi nuo S. z. nevaržomoje aplinkoje su l(3 lentelė):

Matavimo metodai C. Šviesos difrakcija ultragarsu). Naib. tikslumo santykinis. 10-5% matavimai (pavyzdžiui, tiriant priklausomybę Su temperatūros arba magnetinės laukai arba priemaišų ar defektų koncentracija).

S. z išmatavimai. naudojami daugiskaitoms apibrėžti. medžiagos savybes, pvz., molekulinę akustiką). S. z nedidelių pakitimų nustatymas. yra jautrus. priemaišų fiksavimo dujose ir skysčiuose metodas. Kietosiose medžiagose matavimas yra C. Lit.: Landau L. D., L i f sh i c E. M., Elastingumo teorija, 4 leidimas, M., 1987; juos, Hidrodinamika, 4 leidimas, M., 1988; Bergman L., Ultragarsai ir jų taikymas moksle ir technikoje, vert. iš vokiečių k., 2 leid., M., 1957 m.; MichailovasI. G., Solovjovas V. A., Syrnikov Yu P., Molekulinės akustikos pagrindai, M., 1964 m. Garso greičio jūros vandenyje skaičiavimo lentelės, L., 1965; Fizinė akustika, red. W. Masonas, vert. iš anglų k., t. 1, A dalis, M., 1966, sk. 4;t. 4, B dalis, M., 1970, sk. 7; Kolesnikov A.E., Ultragarsiniai matavimai, 2 leidimas, M., 1982; T r u e l l R., E l b a u m Ch., Ch i k B., Ultragarsiniai metodai kietojo kūno fizikoje, vert. iš anglų k., M., 1972; Akustinė, A. L. Polyakova.

Fizinė enciklopedija. 5 tomuose. - M.: Tarybinė enciklopedija.

Garso bangų sklidimo terpėje greitis. Dujose garso greitis mažesnis nei skysčiuose, o skysčiuose – mažesnis nei kietuose (o šlyties bangų greitis visada mažesnis nei išilginių). garso greitis dujose ir garuose iš ... ... Didysis enciklopedinis žodynas

garso greitis- akustinių bangų sklidimo greitis 1. Tampriosios bangos sklidimo terpėje greitis. Vienetas m/s 2. Akustinės bangos fazės arba grupės greitis nedispersinėje medžiagoje tam tikrai sklidimo krypčiai. )