Ljud uppstår på grund av att en våg utbreder sig från en oscillerande kropp. Fasta föremål, i synnerhet metaller och deras legeringar, luft, vatten - allt detta är media. De kan producera ljud.
Många är förvånade över situationen när tåget fortfarande är utom synhåll och inte kan höras, och om du lägger örat mot stålskenorna kommer ljudet från hjulen att vara distinkt. Uppenbarligen är orsaken den olika ljudhastigheten i stål och luft. Den här frågan kommer att diskuteras mer i detalj i artikeln.
Hur en ljudvåg fortplantar sig i fasta ämnen
Låt oss överväga processens fysik. Ljud i stål, liksom i fasta ämnen i allmänhet, fortplantar sig inte på samma sätt som i gaser och vätskor. Detta förklaras av skillnader i ämnens struktur. Atomerna i en fast kropp är sammankopplade av osynliga elektriska krafter. Tillsammans bildar de ett kristallgitter. Länkar fungerar som fjädrar. Om envissa atomer rör sig, sedan rör sig andra med den.
Ljud i ett fast ämne skapas av vibrationer av partiklar och deras utbredning längs kristallgittret. Dessutom är atomernas rörelser ordnade, har samma frekvens och riktning. Processen blir möjlig på grund av elasticitet, d.v.s. kroppens förmåga att motstå tryck. Denna egenskap och densitet avgör hur snabbt en ljudvåg fortplantar sig. I metaller sker detta tio gånger snabbare än i luft.
Vad bestämmer hastigheten för ljudutbredning i stål
För att svara på den här frågan måste du veta vad mer som spelar roll i denna process. Förutom elasticiteten påverkar ljudvågens riktning ljudets hastighet. Den är längsgående och tvärgående. Den första divergerar i riktning mot den oscillerande rörelsen, och den andra - mot den. I fasta ämnen, till skillnad från luft, kan ljud röra sig i båda riktningarna. Det är intressant att hastigheten för en longitudinell våg vid samma svängningsfrekvens alltid är högre än för en tvärgående våg. Skillnaden är några sekunder.
Stålkvaliteter skiljer sig i kolh alt (det bestämmer hårdhet), i antalet icke-metalliska inneslutningar, etc. Här är ett annat intressant faktum. Det verkar som att om vi tar en typ av denna legering, kommer ljudhastigheten i stål att vara konstant, eftersom den beror på elasticitet. Det är det dock inte. Denna egenskap kännetecknar motståndet mot deformation, som kan vara annorlunda: torsion, kompression, böjning. Typen av stöt bestämmer också ljudets hastighet. Sålunda divergerar en longitudinell våg längsrostfritt stål med en hastighet av 5 800 m/s, kompressionsvåg - 5 000 m/s, skjuv- och torsionsvåg - 3 100 m/s.
