Зависимость скорости звука от свойств среды.

Применяя уравнение состояния идеального газа

к выражению (9.11), получим:

Отсюда видно, что скорость звука в идеальном газе прямо пропорциональна корню квадратному из абсолютной температуры Т и обратно пропорциональна корню квадратному из молярной массы М газа. Объясняется это тем, что процесс распространения волн сжатия или разрежения в газе происходит благодаря столкновениям молекул газа; следовательно, скорость распространения волн должна быть примерно равной скорости теплового движения молекул. Средняя скорость теплового движения молекул увеличивается с повышением температуры газа, а при данном значении температуры она обратно пропорциональна корню квадратному из молярной массы газа. Например, при нормальных условиях скорость звука в воздухе равна 331 м/с, а в водороде — 1300 м/с. При понижении температуры

водорода от 300 до 17 К скорость звука уменьшается от 1300 до 320 м/с.

В жидкостях и твердых телах скорость звука обычно больше, чем в газах. В водяном паре при нормальном давлении звук распространяется со скоростью 494 м/с, а в воде — со скоростью примерно 1500 м/с, во льду — со скоростью около 4000 м/с.

Силы упругости, возникающие при сжатии или растяжении твердого тела, больше сил упругости, возникающих при такой же деформации сдвига; поэтому скорость распространения продольных волн в твердых телах больше скорости поперечных волн.

При возникновении волн их частота определяется частотой колебаний источника волн, а скорость распространения — свойствами среды. Длина волны к зависит как от частоты, так и от свойств среды:

Следовательно, звуковые волны одной и той же частоты имеют различную длину волны в разных средах.