2024年9月20日

声音在空气中传播的速度多少钱(波速是如何计算的)

波,如声波或微波,是将能量从一个地方移到另一个地方的干扰现象。声波能够用不同的物质,如气体或水,并以不同速度传播。换句话说,声音的传播速度,在于它们通过的介质是什么。

从中学物理教学上我们就知道,声音在空气中的传播速度约是 340 米 / 秒,而声音在液体里的传播则迅速,例如在太空中已经知道最坚固的化学物质金钢石(裸钻)中,声音的传播速度可以达到 18 公里 / 秒。

可是,一直以来专家并不了解,声波在固态或液体传播时,是不是像速度一样也存在着速度限制。

近日,英国伦敦玛丽皇后高校、英国剑桥大学与俄罗斯特洛伊茨克髙压物理研究所的专家,看到了宇宙里声音很有可能最有效的传播速度,即大概 36 公里 / 秒,等同于声音在金钢石中速度两倍,空气中速度的 105 倍,约真空中光的速度的 8000 分之一。

这一研究结论,发表于《科学进展》刊物上。

波速度极限值

自打阿伯特?牛顿 1905 年指出广义相对论至今,任何一种波 —— 不论是无线电波(包含能见光)或是引力波 —— 在真空中传播的核心速度极限值就已广为人知,大概相当于 30 亿千米 / 秒。

但声波又和微波各有不同,它是一种通过使邻近颗粒相互影响而传播的波。因此声波的传播速度,在于根据原材料密度以及内部原子的结合方式。

换句话说,一个化学物质的原子撑死只有挪动那么快,那样声音的速度,也就得到了这些物质分子挪动速度限制。

一般而言,声音在液体里的传播速度比液态快,而溶液里的传播速度也比汽体快。比如,声音在钢铁中传播的速度会比在河或空气中快得多,这也是为什么大家耳朵里面接近火车轨道,能更快听见列车靠近的声音。

寻找声波理论较大传播速度,英国伦敦玛丽皇后大学 Kostya Trachenko 和他的同事们从两个家喻户晓的物理常数逐渐:质子质量与电子质量的比值,及其表明自由电子间相互影响强度精细结构常数(物理中一个重要的无量纲数,表明电子器件在第一玻尔轨道上的健身运动速度和真空中光的速度的比值)。

这俩数据在咱们理解宇宙中起着非常重要的作用。他们恰当且准确地掌握着行星里的反质子核衰变和可控核聚变等热核反应。而且,这俩数据之间的关联,提供了一个狭小的 “适居地区”,在这儿,恒星和行星能够形成,适用生命中的分子式可以出现。

Trachenko 表明,对于这种宇宙空间常熟市早已有着非常全面的了解,由于如果它们产生就算一点点的转变,宇宙空间就会完全不像现在一样。

“如果把这种常量更改好多个点,那样反质子估计就不会再稳定下来,你几乎可能不能在行星内进行生成稀有元素的一个过程,因此也就不会有碳和性命了。”

而有意思的是,新发现说明,这俩基本常数还可以通过限定特定材料特性,如波速。

较大速度是怎样计算出来?

科研人员根据自己的理论预测,声波的传播速度,应当伴随着物质原子质量的的增加减少。

这一预测分析代表着,本质上存在巨行星中心固态金属氢,应当有最高波速。但是,固体氢必须在 100 千倍大气压力之上条件下才可以存有,这种工作压力标准,媲美木星这种汽态超级巨星关键,在太空中几乎不可能存有。

在如此压力之下,氢变成了一种令人着迷的金属材料固态,像铜一样导电性,并被预测分析为室温超导体。因而,科研人员根据最前沿的物理学测算来检测这一预测分析,并找到固态氢原子里的波速贴近现代逻辑基本上极限值,即 36100 米 / 秒。

Trachenko 表明,“许多人认为,钻石波速最大,因为这是最为坚硬的原材料,但是我们以前并不了解声音从理论上存不存在基本上极限值。”

科研人员还检查了 133 种原材料的测试数据,发觉没有一种原材料提升 36 公里 / 秒基础理论极限值。

英国剑桥大学材料学专家教授 Chris Pickard 说:“固态里的声波在很多科学技术领域早已至关重要。

比如,地震学家运用地核最深处地震灾害所引发的声波去了解地震事件的特性和地球成份的特性。原材料科学家对声波也特别感兴趣,由于声波与关键韧性特点相关,包含承受能力。”

科研人员同样在文章中表明,“大家通过大量测试数据和氢原子的第一性原理测算(根据量子力学原理计算),来支撑这样的结果。我们自己的结论拓展了现在对基本常数怎样对重要物理特性增加一个新的限制了解。”

但是,没有参与此项探索的英国爱丁堡大学的格雷姆?阿克兰 (Graeme Ackland) 表明,目前还不清楚数值是否就是速度限制。

“我们可以用这种基本常数来得到一些以速度为单位物品,可是我也不知道为什么它是一个界线。我可能并不相信。还需要做更多的工作来决定声音是如何通过稀有元素传播的。”

不管怎样,现代科学技术特别是物理的发展,便是在持续打倒、拓展和优化先人结果的了解,进而提升人们自然万物、对宇宙的奥秘的理解。我们也期待将来物理可以更高的新发现。