Звук в железе распространяется примерно в раз чем в воздухе
Скорость звука в стали: как распространяются волны
Звук появляется благодаря распространению волны от колеблющегося тела. Твердые предметы, в частности, металлы и их сплавы, воздух, вода — все это среды. В них может возникать звук.
Многих удивляет ситуация, когда поезд находится еще вне поля зрения и его не слышно, а если приложить ухо к стальным рельсам, то стук колес будет отчетливым. Очевидно, что причиной является разная скорость звука в стали и воздухе. Более подробно этот вопрос будет рассмотрен в статье.
Как звуковая волна распространяется в твердых телах
Вам будет интересно: Рубль шальной — это шанс твой
Рассмотрим физику процесса. Звук в стали, как и в твердых телах в целом, распространяется совсем не так, как в газах и жидкостях. Объясняется это отличиями в строении веществ. Атомы твердого тела связаны между собой невидимыми электрическими силами. Все вместе они формируют кристаллическую решетку. Связи действуют, как пружинки. Если какой-то атом сдвигается, то с ним смещаются и другие.
Звук в твердом теле создают колебания частиц и их распространение по кристаллической решетке. Причем движения атомов упорядочены, имеют одну частоту и направление. Процесс становится возможен благодаря упругости, т. е. способности тела сопротивляться давлению. Это свойство и плотность определяют то, с какой скоростью распространяется звуковая волна. В металлах это происходит в десятки раз быстрее, чем в воздухе.
От чего зависит скорость распространения звука в стали
Чтобы ответить на этот вопрос, нужно знать, что еще играет роль в этом процессе. Кроме упругости, на скорость звука влияет направление звуковой волны. Она бывает продольной и поперечной. Первая расходится по направлению колебательного движения, а вторая — против него. В твердых телах, в отличие от воздуха, звук может распространяться в обе стороны. Интересно то, что скорость продольной волны при одинаковой частоте колебаний всегда выше, чем поперечной. Разница составляет несколько секунд.
Марки стали различаются по содержанию углерода (он определяет твердость), по количеству неметаллических включений и т. д. Приведем еще один интересный факт. Кажется, что если взять один вид этого сплава, то скорость звука в стали будет постоянной, так как зависит от упругости. Однако это не так. Это свойство характеризует сопротивление деформации, которая бывает разной: кручение, сжатие, сгибание. Тип воздействия тоже определяет скорость звука. Так, продольная волна расходится по нержавеющей стали со скоростью 5 800 м/с, волна сжатия — 5 000 м/с, волна сдвига и кручения — 3 100 м/с.