СКОРОСТЬ ЗВУКА

СКОРОСТЬ ЗВУКА скорость
распространения к.-л. фиксированной фазы звуковой волны; наз. также фазовой
скоростью, в отличие от групповой скорости. С. з. обычно величина
постоянная для данного вещества при заданных внеш. условиях и не зависит
от частоты волны и её амплитуды. В тех случаях, когда это не выполняется
и С. з. зависит от частоты, говорят о дисперсии звука.

Для газов и жидкостей, где
звук распространяется обычно адиабатически (т. е. изменение темп-ры, связанное
со сжатиями и разряжениями в звуковой волне, не успевает выравниваться
за период), выражение для С. з. можно представить, как

(формула Лапласа), где р- среднее давление в среде, R - универсальная газовая постоянная,
Т
- абсолютная темп-pa, ц - молекулярный вес газа. При y = 1 получаем
формулу Ньютона для С. з., соответствующую предположению об изотермич.
характере процесса распространения.

В жидкостях обычно можно
пренебречь различием между адиабатич. и изотермич. процессами.

С. з. в газах меньше, чем
в жидкостях, а в жидкостях меньше, как правило, чем в твёрдых телах, поэтому
при сжижении газа С. з. возрастает. В табл. 1 и 2 приведены значения С.
з. для нек-рых газов и жидкостей, причём в тех случаях, когда имеется дисперсия
С. з., приведены её значения для малых частот, когда период звуковой волны
больше, чем время релаксации.

Табл. 1- - Скорость звука
в газах при О ⁰С и давлении 1 атм.

С. з. в газах растёт с ростом
темп-ры и давления; в жидкостях С. з., как правило, уменьшается с ростом
темп-ры. Исключением из этого правила является вода, в к-рой С. з. увеличивается
с ростом темп-ры и достигает максимума при темп-ре 74 ⁰С, а
с дальнейшим ростом темп-ры уменьшается. В морской воде С. з. зависит
от темп-ры, солёности и глубины, что определяет ход звуковых лучей в море
и, в частности, существование подводного звукового канала.

Табл. 2. -Скорость звука
в жидкостях при 20 °С

С. з. в смесях газов или
жидкостей зависит от концентрации компонентов смеси.

С. з. в изотропных твёрдых
телах определяется модулями упругости вещества и его плотностью.
В неограниченной твёрдой среде распространяются продольные и сдвиговые
(поперечные) волны,причём фазовая С. з. для продольной волны равна

где Е - модуль Юнга,
G - модуль сдвига, v - коэфф. Пуассона, К - модуль объёмного сжатия.
Скорость распространения продольных волн всегда больше, чем скорость сдвиговых
волн (см. табл. 3).

В монокристаллич. твёрдых
телах С. з. зависит от направления распространения волны относительно кристаллогра-фич.
осей. Во многих веществах С. з. зависит от наличия посторонних примесей.
В металлах и сплавах С. з. существенно зависит от обработки, к-рой был
подвергнут металл: прокат, ковка, отжиг и т. п.

Измерение С. з. используется
для определения многих свойств веществ. Измерение малых изменений С. з.
является чувствит. методом определения наличия примесей в газах и жидкостях.
В твёрдых телах измерения С. з. и её зависимость от разных факторов позволяют
исследовать зонную структуру полупроводников, строение Ферми
поверхностей. в металлах и пр. Ряд контрольно-измерит. применений ультразвука
в технике основан на измерениях С. з.

Всё вышеизложенное относится
к распространению звука в сплошной среде, т. е. С. з. является макроскопич.
характеристикой среды. Реальные вещества не являются сплошными; их дискретность
приводит к необходимости рассмотрения упругих колебаний др. типов. В твёрдом
теле понятие С. з. относится только к акустич. ветви колебаний кристаллической
решётки.

Лит.: Ландау Л. Д.,
Л и ф ш и ц Е. М.. Механика сплошных сред, 2 изд., М., 1953; Михайлов И.
Г., Соловьев В. А., Сырников JO. П., Основы молекулярной акустики, М.,
1964; Колесников А. Е., Ультразвуковые измерения, М., 1970; Исакович М.
А., Общая акустика, М., 1973. А.Л.Полякова.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я