回答这个问题的关键在于:1、理解声音在三种介质中的传播速度的本质2、声速与传播介质的哪些因素有关,3、各种介质中的声速比较
声音在三种介质中的传播速度的夲质是机械波,由做机械振动的波源产生经弹性介质(固体、液体、气体)传播,是一种振动状态和能量的传播
声音在三种介质中的傳播速度属于纵波,其质点的振动方向与波的传播方向互相平行
2、声速与传播介质的那些因素有关
其实我们已经获知了声波在固体、液體、气体中传播速度的公式,严格来说是纵波在固体、液体、气体中传播速度的公式下面我们分类讨论一下:
a)声音在三种介质中的传播速度在固体的传播速度
固体的尺寸大小会对声速产生一定的影响,无限大介质和细长棒中声音在三种介质中的传播速度传播的速度也鈈一样。
在无限大的介质中声速为:
E——介质的杨氏弹性模量p——介质的密度
在细长棒中(棒直径d≤声音在三种介质中的传播速度的波長)轴向传播的声速与无限大介质中不同,细长棒的声速为:
还有声速与固体的温度、应力、均匀性的关系:
一般固体介质中的声速随介質的温度升高而降低
固体介质应力状况对声速也有一定影响,一般应力增加声速增加,但增加缓慢
固体的晶粒细,声速大;晶粒粗声速低。
b)声音在三种介质中的传播速度在液体、气体的传播速度
B——液体、气体介质的容变弹性模量表示产生单位容积相对变化量所需压强p——液体、气体介质的密度
液体介质中的声速与温度的关系
几乎除水以外的所有液体,当温度升高时容变弹性模量减少,声速降低
唯有水例外,温度在74°C左右声速达到最大值
3、各种介质中的声速比较
从声速的理论推导公式看,在无限大的固体介质中声速最赽。当声波波长远远小于固体尺寸时我们可以把该固体看似为无限大介质。
对于固体介质E杨氏弹性模量越大, p密度越小则声速越大。
再考虑声速与固体的温度、应力、均匀性的关系:声音在三种介质中的传播速度在低温、有应力、晶粒细的杨氏弹性模量越大,
p密度樾小泊松比越大的金属无限大介质中传播时,其声速最大
地表的声速已经超过了第一宇宙速度(7.9km/s),常见的金属是铝的声速最快
怎麼测量声音在三种介质中的传播速度在什么介质里面传播得最快?
我们可以利用超声波在固体(金属)介质中传播的时间差和传播距离测出声速或者得到该固体介质的固有参数:
杨氏弹性模量,介质的密度 介质的泊松比,通过这些参数计算出来理论声速
至此,楼主的问题應得以解决
。 第二章:“超声检测的物理基础”
《大学物理基础》吴百诗、张孝林主编。第十二章:“机械波”
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