Dźwięk pojawia się z powodu propagacji fali z ciała oscylującego. Przedmioty stałe, w szczególności metale i ich stopy, powietrze, woda - wszystko to są media. Mogą wydawać dźwięk.
Wielu jest zaskoczonych sytuacją, gdy pociąg jest nadal poza zasięgiem wzroku i nie można go usłyszeć, a jeśli przyłożysz ucho do stalowych szyn, dźwięk kół będzie wyraźny. Powodem jest oczywiście różna prędkość dźwięku w stali i powietrzu. Zagadnienie to zostanie omówione szerzej w artykule.
Jak fala dźwiękowa rozchodzi się w ciałach stałych
Rozważmy fizykę procesu. Dźwięk w stali, a także ogólnie w ciałach stałych, nie rozchodzi się w taki sam sposób, jak w gazach i cieczach. Tłumaczy się to różnicami w strukturze substancji. Atomy ciała stałego są połączone niewidzialnymi siłami elektrycznymi. Razem tworzą sieć krystaliczną. Linki działają jak sprężyny. Jeślijeden atom się porusza, a inne poruszają się razem z nim.
Dźwięk w ciele stałym jest wytwarzany przez wibracje cząstek i ich propagację wzdłuż sieci krystalicznej. Ponadto ruchy atomów są uporządkowane, mają tę samą częstotliwość i kierunek. Proces staje się możliwy dzięki elastyczności, czyli zdolności organizmu do opierania się naciskowi. Ta właściwość i gęstość określają, jak szybko rozchodzi się fala dźwiękowa. W przypadku metali dzieje się to dziesięć razy szybciej niż w powietrzu.
Co decyduje o prędkości propagacji dźwięku w stali
Aby odpowiedzieć na to pytanie, musisz wiedzieć, co jeszcze odgrywa rolę w tym procesie. Oprócz elastyczności kierunek fali dźwiękowej wpływa na prędkość dźwięku. Jest podłużny i poprzeczny. Pierwszy rozchodzi się w kierunku ruchu oscylacyjnego, a drugi - przeciw niemu. W ciałach stałych, w przeciwieństwie do powietrza, dźwięk może rozchodzić się w obu kierunkach. Interesujące jest to, że prędkość fali podłużnej o tej samej częstotliwości drgań jest zawsze większa niż fali poprzecznej. Różnica to kilka sekund.
Gatunki stali różnią się zawartością węgla (to decyduje o twardości), liczbą wtrąceń niemetalicznych itp. Oto kolejny ciekawy fakt. Wydaje się, że jeśli weźmiemy jeden rodzaj tego stopu, to prędkość dźwięku w stali będzie stała, ponieważ zależy od elastyczności. Jednak tak nie jest. Ta właściwość charakteryzuje odporność na odkształcenia, które mogą być różne: skręcanie, ściskanie, zginanie. Rodzaj uderzenia określa również prędkość dźwięku. W ten sposób fala podłużna rozchodzi się wzdłużstal nierdzewna o prędkości 5800 m/s, fala ściskania - 5000 m/s, fala ścinająca i skręcająca - 3100 m/s.
