声音的速度

通过某种介质的振动或噪音称为声音。它通过将能量从一个分子转移到下一个分子来传播，当它进入人的耳朵时可以很快听到。例如，当一个物体振动时，它会将能量传递给周围的粒子，从而使它们也振动。由于没有粒子作为介质，声音不能在真空中移动。声音只能通过水、空气或固体等介质流动。我们将在本文中讨论声波和声音公式的速度。让我们开始吧！

什么是声波？

声音是一种在空气和液体中作为纵波传播的波，但在固体中作为纵波和横波传播。声波传播的强度由它传播的介质的特性决定。它的速度与波浪的特性或产生它的力无关。

它在介质中的分布可用于研究介质的某些特性。声速定义为声波在弹性介质中传播的每单位时间行进的距离。给定介质中的声速取决于其密度和弹性。根据力学，声速越大，弹性越大，质量越小。因此，声速在固体中最大，在固体中最小。

声音的速度

声波通过在传播时收缩和扩展介质的部分来传播通过介质。声速定义为任何声音在单位时间内传播的距离。现在让我们在下一节中学习如何计算不同介质中的声速。声波的动态传播称为声速。

这是由传输发生的介质的属性决定的。术语“声速”是指声波在弹性介质中的速度。因此，声速决定了它在某种介质中传播的速度。速度取决于介质。声速测量如下：

因为，计算速度的一般公式是：

速度=距离/时间

此外，众所周知，在时间 T 中，波在任何一点都行进了距离 λ。

因此，速度为：

v = λ / T

= λf （因为，频率 f = 1 / T）

影响声速的因素

声速受两个因素影响：

介质密度：声波传播需要介质，介质的密度被认为是影响声速的因素之一。当介质较厚时，介质中的分子会紧密堆积，导致声音传播得更远。因此，随着介质密度的增加，声速也会增加。
介质温度：介质温度与声波频率严格成正比。结果，随着温度的升高，声速也随之升高。

空气中的声速

声速是许多物理学领域的重要参数。声波在介质中传播的单位时间内所传播的距离称为声速。

在 20 °C 时，空气中的声速为343.2 m/s ，相当于1,236 km/h 。按照这个速度，声音将在大约五秒内传播一英里。声音在水中的传播速度提高了 4 倍（每秒 1,482 米），在钢铁中传播的速度提高了大约 13 倍（每秒 4,512 米）。

不同媒体中的声速

声速取决于它传播的介质的特性。当我们从固态变为气态时，声速会降低。在任何介质中，随着温度的升高，声速都会增加。

声波是只能穿过物质的机械波。介质是波通过的物质。下表显示了各种媒体中的声速。一般来说，声波在固体中飞得最快，然后是液体，最后是气体。在气体中，声速等于绝对温度的平方根（以开尔文为单位），但不受声波频率、应变或介质密度的影响。然而，我们在日常生活中遇到的所有气体都不是理想气体，因此它们的性质略有不同。

Speed of Sound in Different Media at 25 ºC
State	Substance	Speed(in m/s)
Solids	Aluminum	6420
	Nickel	6040
	Brass	4700
	Iron	5950
Liquids	Water(Sea)	1531s
	Water(distilled)	1498
	Ethanol	1207
	Methanol	1103
Gases	Hydrogen	1248
	Helium	965
	Air	346
	Oxygen	316

固体中的声速：声音只不过是粒子碰撞引起的振动；一个分子与下一个分子碰撞，依此类推。固体比液体或气体密度大得多。这表明在固体中，分子之间的距离比在液体中更近，在液体中，分子之间的距离比在气体中更近。由于质量很接近，它们很容易发生碰撞。稳定分子与其相邻分子碰撞所需的时间更短。由于这一优势，固体中的声速大于气体。固体中的声速为 6000 m/s，而钢中的声速为 5100 m/s。关于声速的另一个有趣的发现是声音在钻石中的传播速度是空气中的 35 倍。
液体中的声速：液体的密度高于气体的密度。结果，液体中分子之间的距离大于固体，但小于气体。因此，液体中的声速介于固体和气体中的声速之间。
气体中的声速：当声音接近液体或固体时，声速与介质的密度无关。由于气体膨胀以填充给定的真空，因此无论气体类型如何，它们的密度都非常均匀。这显然不是固体和液体的情况。
水中的声速：水中的声速超过空气。或者，声音在水中的传播速度比在空气中快。在水中，声速为 1480 m/s。还值得注意的是，纯净水的速度范围为 1450 至 1498 m/s，而海水的速度范围为 1531 m/s，而温度在 20 °C 至 25 °C 之间。
真空中的声速：由于真空中没有粒子，因此声速为零米每秒。当存在用于传播这些声波的离子时，它们会飞过介质。声波不会在真空中传播，因为它是一个空的空间。

示例问题

问题 1：4 秒后听到回声。假设声速为 284 m/s，反射面到声源的距离是多少？

解决方案：

Given,

Speed of sound (v) = 284 m/s and

Echo returns in time (t) = 4 s

Therefore,

The distance traveled by sound:

d = v × t

= 284 m/s × 4 s

= 1136 m

Since, Sound has to travel a distance that is twice the distance of the reflecting surface and the source.

Hence, the distance of the reflecting surface from the source,

D = 1136 m / 2

= 568 m

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问题2：一个人在悬崖附近拍手，3秒后听到回声。如果声速为 348 m/s，悬崖与人的距离是多少？

解决方案：

Given,

Speed of sound, v = 348 m/s and

Time taken for hearing the echo, t = 3 s.

Distance traveled by the sound,

d = v × t

= 348 m/s × 3 s

= 1044 m

In 2 s sound has to travel twice the distance between the cliff and the person.

Hence, the distance between the cliff and the person,

D = 1044 m / 2

= 522 m

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问题 3：解释如何使用超声波检测金属块中的缺陷。

解决方案：

Ultrasound waves have a high frequency. They can travel in mediums even with obstacles. Ultrasound waves can be transmitted through a metal block, if a defect is present then either its speed will change due to the defect or the wave will reflect back completely and will be detected by the detector. If no defect is found then the sound comes out at the expected velocity.

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问题 4：声波的频率为 4 kHz，波长为 35 cm。行驶2.5公里需要多长时间？

解决方案：

Given,

Frequency (ν) = 4 kHz = 4000 Hz

Wavelength (λ) = 35 cm = 0.35 m

We know that,

The speed of the wave = wavelength × frequency

v = λ ν

= 0.35 m × 4000 Hz

= 1400 m/s

The time taken by the wave to travel a distance of 2.5 km,

t = 2500 / 1400

=1.78 s

Thus, the sound will take 1.78 s to travel a distance of 2.5 km.

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问题5：一个物体在一分钟内振动了48000次。如果空气中的声速是 360 m/s，求：

(a) 以赫兹为单位的振动频率，

(b) 产生的波的波长。

解决方案：

(a) Given,

Number of vibration in one minute = 48000

Number of vibrations in one sec =48000/60 = 800Hz

Therefore, Frequency (f)= 800 Hz

(b) Given,

Velocity of speed in air (v) = 360 m/s

Frequency (f) = 800 Hz

v = f λ

or λ = v / f

= 360 / 800

= 0.45 m

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