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音速

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声速,又称“音速”,顧名思義即是聲音的速度,定義為單位時間內振動傳遞的距離。音速(波傳遞的速度)與傳遞介質的材質狀況(密度、溫度、壓力…)有絕對關係,而與發聲者(波源)本身的速度無關,而發聲者(波源)與聽者(觀察者)間若有相對運動關係,就形成了都卜勒效應;由此觀點,我們可以知道,超音速時的諸多物理現象(震波音爆音障...),其實與聲音無關,而是壓縮波密集累積所產生的物理現象。聲音的傳播速度在固體最快,其次液體,而氣體的音速最慢。通常音速是指在空氣中的音速,为343.2米/秒(1,236公里/小时)。音速又會依空氣之狀態(如濕度温度密度)不同而有不同數值。如攝氏零度之海平面音速约为331.5公尺/秒(1193公里/小時);一萬高空之音速約為295公尺/秒(1062公里/小時);另外每升高1攝氏度,音速就增加0.607公尺/秒。

固體中有兩種可能的聲波,其中一種是與流體相同的縱波,另一種是流體沒有的橫波,兩種不同的聲波可以有不同的傳播速度(例如地震波)。縱波形式的音速取決於介質的壓縮率密度,而固體中橫波形式的音速取決於介質的剛度密度

超流體中也存在兩種不同的「聲波」,第一種聲波是與平常流體相同的密度波,另一種是超流體特有的第二聲波

基本概念[编辑]

聲音的傳播可以初步用一個簡化的模型來描述:許多用彈簧連接起來的球。在真實的自然界中,球代表分子而彈簧代表分子分子之間的交互作用力。

音速的一般公式[编辑]

一般來說,音速c 的大小有其公式[1]

c = \sqrt{\frac{B}{\rho}}

其中B不可壓縮率\rho密度

因此音速隨著介質的不可壓縮率增加而變快,隨著介質的密度增加而變慢。對於一般的狀態方程式,在經典力學適用範圍內,音速c 可表示成

c=\sqrt{\frac{\partial p}{\partial\rho}}

此處偏微分針對絕熱變化。

对于远离液态工作点的理想气体,

c = \sqrt{KRT}

式中:

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

如果相對論的效應明顯的話,音速可由相對論的歐拉方程式計算。

关于音速,还有一个非常实用的经验公式:c=331+0.6T(其中T为攝氏溫度)。

相關項目[编辑]