2017-07-11 11:25:19

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物理量
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音速是介质中微弱压强扰动的传播速度,其大小因媒质的性质和状态而异。空气中的音速在1个标准大气压和15℃的条件下约为340m/秒。

基本信息

  • 中文名

    音速

  • 外文名

    speed of sound

  • 别名

    声速

  • 物理意义

    介质中声波传播的速度

  • 拼音

    yin su

折叠 编辑本段 简介

声速顾名思义即是声音的速度,为声音系以波的形式传播,与一般所理解物体的速度是不同的,所以与其将音速称为声音的速度,倒不如将音速视为波传递速度的指标,音速与传递介质的材质状况有绝对关系,而与发声者本身的速度无关,而发声者与听者间若有相对运动关系,就形成了多普勒效应;也由此观点,穿/超音速时的诸多物理现象,其实与声音无关,而是压缩波密集累积所产生的物理现象。             

折叠 编辑本段 音速

一般说来,音速与介质性质和状态有关。在压缩性小的介质中音速大于在压缩性大的介质中的音速。介质状态不同,音速也不同。音速的数值在固体中比在液体中大,在液体中又比在气体中大。音速的大小还随大气温度的变化而变化,在对流层中,高度升高时,气温下降,音速减小。在平流层下部,气温不随高度而变,音速也不变,为295.2米/秒。空气流动的规律和飞机的空气动力特性,在飞行速度小于音速和大于音速的情况下,具有质的差别,因此,研究航空器在大气中的运动,音速是一个非常重要的基准值。                

音速不是一个固定的值。在干燥空气中,音速的经验公式是:   

音速 u=331.3+(0.606°c)m/s(c=摄氏气温)                              

常温下(15℃),音速为 u=331.3+(0.606x15)= 340.4m/s,这就是为什么都说音速是 340m/s (1225km/h)的缘故。潮湿空气的音速略有增加,但是幅度不到0.5%,大多数场合可以忽略不计。对于华氏气温,可以用公式换算: F=9°C/5+32(C=摄氏气温)。                                 

国际标准大气ISA规定: 在对流层中(0~11000米),海平面的气温为 15℃,气压 101325Pa,空气密度1.226kg/m³,海拔每升高1000米,气温下降 6.5℃。             

利用上面的公式计算不同海拔的气温,再综合前面的音速经验公式,就可以推算不同海拔的音速了。超音速战机突破音障,音爆效应超音速战机突破音障,音爆效应

在11000~20000m的高空(属平流层,气温基本没有变化,所以又叫"同温层"),温度下降到零下57℃(15-11x6.5= -56.5℃),这里的音速是 u= 331.3+[0.606x(-57)]= 296.7m/s (约1068km/h). 喷气式飞机都喜欢在 1万米左右的高空巡航,因为这里是平流层的底部,可以避开对流层因对流活动而产生的气流。在11000~20000m的同温层内,音速的标准值是1062km/h,而且基本稳定.               

喷气式飞机都用马赫数Ma来表示速度,而不用对地速度。这是因为物体在空气中飞行时,前端会压缩空气形成波动,这个波动是以音速传播的(因为声波也是波动的一种)。如果物体的飞行速度超过音速,那么这些波动无法从前端传播,而在物体前端堆积,压力增大,最终形成激波激波是超音速飞行的主要阻力源。

物体飞行速度一旦超过音速,必然产生激波。激波会极大地增加飞行阻力,影响到整个飞行状态以及燃料的消耗。在不同的空气环境中,尽管飞行器的 Ma数相同,但他们的对地速度是不相等的; 不过,他们受到的阻力却大致相当。 所以,飞行器都是用当地的音速,来衡量当前速度的。

折叠 编辑本段 声音

折叠 声波

音叉为例,我们敲打音叉之后,音叉产生振动,振动中的音叉会来回推撞周围的空气,使得空气的压力时高时低,而使得空气分子产生密部和疏部的变化,并藉由分子间的碰撞运动向外扩散出去,音叉的声波也就向外传出了。声波在传递时,空气分子的振动方向和波的传递方向是相同的,我们把这种波叫做“纵波”。

像空气这种可以传递声波的物质,我们把它们叫做“介质”。声波一定要有介质才能传递出去,如果真空状态,声波没有了传播的媒质,就无法听到声音了

除了空气可以传递声音之外,液体(像水)、固体(像木材、玻璃、钢铁)等等,也都是声音的介质,而且因为液体、固体的分子排列得较紧密,因此传递声音的速度都比空气来得快。声音在水中的传播速度大约是在空气中的五倍,在钢中则比空气中快上将近二十倍。

日常生活中,声音大都藉由空气传播,历史上第一次测出空气中的声速,是在公元1708年的时候。当时一位英国人德罕姆站在一座教堂的顶楼,注视着十九公里外正在发射的大炮,他计算大炮发出闪光后到听见轰隆声之间的时间,经过多次测量后取平均值,得到与现在相当接近的声速数据在20℃时,每秒可跑345米。

折叠 声波的影响因素

声源发出的声波以一定的速度向周围传播,意味着声波的能量也以一定的速度向周围传播。目前所知,声波能够在所有物质(除真空外)中传播。其传播速度由传声介质的某些物理性质,主要是力学性质所决定。例如:音速与介质的密度和弹性性质有关,因此也随介质的温度压强状态参量而改变。气体中音速每秒约数百米,随温度升高而增大,0℃时空气中音速为331.4米/秒,15℃时为340米/秒,温度每升高1℃,音速约增加0.6米/秒。通常,固体介质中音速最大,液体介质中的音速较小,气体介质中的音速最小。另外,不均匀介质中的音速处处不等。各向异性介质中的音速随传播方向而异。

在有些情况下音速还与声波本身的振幅、频率、振动方式(纵波声速、横波声速等)有关。如果传播介质的尺寸不够大,则其边界对音速也有影响。因此为了使音速的量值确切地表征传声介质的声学特征,不受其几何形状的影响,一般须规定传声介质的尺寸足够大(理论上为无限大)情况下的声波传播速度。有时为了实用上的方便,也列出某些特殊情况下的音速,如固体细棒中的音速。

声波传播速度等于介质声速和风速的代数和(合成声速)。

如果因为大气中温度和风速的分布不均匀,而使合成声速随高度递减。

折叠 编辑本段 相关资料

折叠 一些介质中的声速

真空 0m/s(也就是不能传播)

空气(15℃)340m/s

空气(25℃)346m/s

软木500m/s

煤油(25℃)1324m/s

蒸馏水(25℃)1497m/s

海水(25℃)1531m/s

(棒)3750m/s

大理石 3810m/s

铝(棒)5000m/s

(棒)5200m/s

水 (常温)1500m/s

从本质上讲,声速是介质中微弱压强扰动的传播速度,计算公式为:

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