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声速本文重定向自 音速

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。声音的传播速度在固体最快,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);一万高空之声速约为295米/秒(1062千米/小时);另外每升高1°C,声速就增加0.607米/秒。声速的上限取决于精细结构常数和光电子质量比,约每秒36千米。

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密度,而固体中横波形式的声速取决于介质的刚度密度

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。

基本概念

声音的传播可以初步用一个简化的模型来描述:许多连接起来的球。在真实的自然界中,球代表分子而弹簧代表分子分子间的相互作用力。

声速的一般公式

一般来说,声速c 的大小有其公式,

其中不可压缩率密度

因此声速随着介质的不可压缩率增加而变快,随着介质的密度增加而变慢。1816年,Pierre-Simon Laplace修正了牛顿的声速公式,指出了声传播是一个热力学绝热过程(体系与外界没有热量传递)而不是牛顿所认为的等温过程(体系温度保持恒定)。对于一般的状态方程,在经典力学适用范围内,声速c 可表示成

此处偏微分针对绝热变化。

对于远离液态工作点的理想气体,

式中:

为定压比热与定容比热之比,双原子气体(包括空气)=1.4
R为气体常数,空气为287J/(kg·K)
T绝对温度(K)

如果相对论的效应明显的话,声速可由相对论的欧拉方程英语Relativistic Euler equations计算。

声速在干燥空气中传播时受到环境温度的影响,它与温度的关系可表示为:c=331.6+0.6T(m/s)(其中T为摄氏温标,331.6 m/s是声波在空气中温度为0摄氏度时的传播速度)。

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